石墨烯(graphene)通常含有各種不同的缺陷，尤其是線缺陷以及晶界、皺紋、波紋和摺疊等。這些缺陷會散射電荷載子，影響材料的導電性。最近，美國研究人員發現併入石墨烯內的金屬奈米線似乎能使電荷載子跨越這些缺陷，使電阻大幅降低而增加其電流。此混合結構可望用來取代透明光電應用如觸控螢幕、影像顯示器及有機光伏元件中常使用的銦錫氧化物(ITO)。
由德州大學奧斯丁分校的Rodney Ruoff指導的研究團隊利用化學氣相沉積法(CVD)，將石墨烯成長於金屬薄片上，再利將其轉移至奈米線薄膜上。他們採用的轉移技術能將石墨烯放置在如奈米線這類極為粗糙的表面。為了測量此複合材料的透光率及導電率，他們把石墨烯/奈米線薄膜與電致變色氧化層結合。團隊成員Iskandar Kholmanov表示，他們的複合材料石墨烯/奈米線薄膜的導電性高過先前任何單層石墨烯的測量結果。他們的實驗也證明了此薄膜可作為優良透明電極，與價格日漸攀升的銦錫氧化物競爭。
金屬奈米線的作用如同橋接元件，能提供石墨烯內的電荷載子額外的通路來越過缺陷，因此有效提升導電能力。Kholmanov表示，在許多需要透明導電薄膜的應用之中，他們的石墨烯/奈米線結構可望能取代銦錫氧化物，譬如觸碰螢幕、影像顯示以及有機光伏元件等。
Ruoff說明該團隊之後計畫探討以奈米碳管等其他一維導電元件來取代奈米線的使用。相較於石墨烯/奈米線結構，石墨烯/奈米碳管薄膜的表面粗糙度極小，這是因為奈米碳管的直徑約為1~2 nm，而金屬奈米線的直徑則為60~120 nm。奈米碳管的其他優點包含優越的機械性質且具有彈性，因此其成品元件可能擁有更佳效能。如此全碳材料透明導電薄膜在高溫環境下同時更具穩定性，故適合廣泛的應用領域。詳見Nano Lett.|DOI: 10.1021/nl302870x。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:劉家銘