Finjusterar egenskaper hos hyperintressant kolnanomaterial

Kolnanostrukturer är ett samlingsnamn för olika kolbaserade material (grafen, fulleren och kolnanorör) vilka betraktas som hyperintressanta för tillämpningar inom allt från mikroelektronik och optiska komponenter till material för energiomvandling.

Alla kolnanostrukturer uppvisar fascinerande egenskaper – men olika sådana på grund av form och storlek.Det som gör dem än mer intressanta är att det är möjligt att ytterligare finjustera egenskaperna med hjälp av kemisk dopning, kemisk modifiering och kombination av olika kolnanomaterial till nya nanokompositer.

Kvävedopade kolnanostrukturer är ett enormt hett område just nu, och anledningen är att det går att hitta tillämpningar inom både energi och elektronik, två områden som intresserar både allmänhet och forskare.

Hamid Reza Barzegar har i sitt avhandlingsarbete studerat tillförandet av kväveatomer som dopningselement i strukturen hos enkelväggiga kolnanorör både experimentellt och teoretiskt. Dessutom har han studerat hur kvävedopning förändrar de elektroniska egenskaperna hos de syntetiserade strukturerna.

– Jag hoppas resultaten kan hjälpa oss att bättre karaktärisera kvävedopade en- och flerväggade kolnanorör, men även öka den generella förståelsen för hur kväve fungerar i andra kolnanostrukturer, säger han.

Vidare har Hamid utvecklat en enkel och effektiv metod för att justera morfologin hos endimensionella nanostrukturer av fullerener från nanostavar till nanorör. De elektriska egenskaperna hos de framställda strukturerna har undersöks experimentellt.

– Resultaten från denna delstudie bidrar till att vi kan använda fullerener i praktiska tillämpningar. Fullerener har en av de allra bästa mobiliteterna för elektroner, en egenskap som passar utmärkt i både solceller och fälteffekttransistorer. Dessa transistorer är en nyckelkomponent i nästan all vardagselektronik.

Under det sista året av sina doktorandstudier har Hamid forskat i en världsledande forskargrupp vid UC Berkeley, ledd av Professor Alex Zettl. Där syntetiserade han en helt ny hybridstruktur bestående av fullerenmolekyler inkapslade i kollapsade kolnanorör. Strukturen är flexibel och kan anpassas för att innehålla olika antal fullerenmolekyler.

På detta sätt kan man kombinera egenskaperna hos fullerener och kolnanorör på ett kontrollerat sätt. En ytterligare intressant aspekt med dessa resultat är att de kan underlätta användningen av grafenremsor, eftersom kollapsade kolnanorör troligen uppvisar samma egenskaper som dessa men med den fördelen att i Hamids hybridstruktur så är kanterna perfekta och inte oregelbundna som i fallet med grafenremsor.

FAKTA
Om kolnanomaterial: Vanlig grafen utgörs av ett enda lager av kolatomer. Kolnanorör består också av rent kol, i form av grafenlager ihoprullade till en cylinder. De kan vara enkelväggiga eller flerväggiga. Fullerener är formade som sfäriska molekyler. Den vanligaste är C60-molekylen som består av sextio kolatomer ordnade i fem- eller sexhörningar på samma sätt som i en fotboll.

Avhandlingen har publicerats digitalt

Om disputationen: Onsdagen den 28 januari försvarar Hamid Reza Barzegar Goltapehei, institutionen för fysik vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Synthesis and Characterization of Carbon based One-dimensional Structures; Tuning Physical and Chemical Properties. Svensk titel: Studier av en-dimensionella kolnanostrukturer: Modifikation och kontroll av deras fysikaliska och kemiska egenskaper. Disputationen äger rum klockan 13:00 i sal MA 121 i MIT-huset. Fakultetsopponent är professor Hans Kuzmany, Institute for Materials Physics, University of Vienna, Austria.

Hamid Reza Barzegar är född och uppvuxen i Iran, där han tog sin kandidatexamen. Han har en masterexamen i kondenserade materiens fysik från Mysore Universitet i Indien och en masterexamen i nanofysik från Umeå universitet. Det sista året av sina doktorandstudier tillbringade Hamid vid UC, Berkeley i USA som gästforskare.

Kontaktinformation
Hamid Reza Barzegar Goltapehei. Telefon: 073-033 15 91, e-post: hamid.barzegar@physics.umu.se