W ramach pracy doktorskiej opracowano modyfikację metody wytwarzania warstwy Langmuira wielościennych nanorurek węglowych oraz scharakteryzowano cienkie warstwy CNTs na podłożach stałych wykonane metodami: Langmuira-Blodgett i Langmuira-Schaefera. W badaniach użyto jednościenne i wielościenne nanorurki węglowe o szerokim zakresie średnic od 0,7 do 140 nm. Warstwy wytwarzano na podłożach: szklanych, kwarcowych oraz giętkich foliach polimerowych. Określono ich właściwości elektryczne przez pomiar stałoprądowego oporu elektrycznego oraz optyczne dzięki rejestracji widm transmisji światła z zakresu od ultrafioletu po bliską podczerwień. Badania te umożliwiły ocenę potencjału aplikacyjnego cienkich warstw nanorurek węglowych jako giętkie i transparentne elektrody. Najważniejszymi osiągnięciami wynikającymi z przeprowadzonych badań są:
• Opracowanie zmodyfikowanej metody Langmuira umożliwiającej wytwarzanie gęsto upakowanych i jednorodnych warstw MWCNTs na granicy faz woda-powietrze oraz na podłożach kwarcowych i polimerowych,
• Wykazanie zmiany mechanizmu przewodnictwa elektrycznego ze zgodnego z modelem VRH do przewodnictwa zgodnego z modelem piezorezystywnym w warstwach LB MWCNT_140,
• Określenie dominujących mechanizmów przewodnictwa zgodnych z modelem VRH w warstwach LS MWCNT_7 i SWCNT na podłożach polimerowych,
• Pokazanie istotnego wpływu „historii temperaturowej” na mechanizm przewodnictwa elektrycznego warstw CNTs,
• Wykazanie, że wygrzewanie warstw MWCNT_140 wytworzonych na podłożu PCW powoduje zagęszczenie warstwy w wyniku zwilżania CNTs przez polimer,
• Wyjaśnienie, że stabilizacja przewodnictwa elektrycznego w funkcji temperatury oraz znaczne obniżenie oporu elektrycznego wynikają z zagęszczenia warstwy MWCNT_140,
• Wytworzenie warstw MWCNT_7 na podłożu stałym wykazujących anizotropię właściwości optycznych i elektrycznych,
• Wykazanie wpływu wartości ciśnienia powierzchniowego w trakcie przenoszenia
warstwy wielościennych nanorurek węglowych na różnice w transmitancji
promieniowania i oporze elektrycznym względem kierunku uporządkowania
MWCNT_7,
P o dsum o w anie i w nio s k i | 25
• Oszacowanie wartości współczynnika rozszerzalności temperaturowej badanych MWCNT_140 z wykorzystaniem analizy mechanizmu przewodnictwa w funkcji temperatury.
Uzyskane warstwy nanorurek węglowych charakteryzują się transmitancją światła z zakresu od 0,53 do 0,87 (dla długości fali 550 nm) oraz wartościami oporu powierzchniowego od ok. 1 MΩ/□ do 38 kΩ/□ w temperaturze pokojowej.
W rezultacie wartości parametru FOM plasują się znacznie poniżej wymagań stawianych dla transparentnych elektrod – podstawowe parametry uzyskanych elektrod zebrano w tabeli 2.
Tabela 2 Podstawowe parametry uzyskanych elektrod
Badana warstwa SWCNT MWCNT_7 MWCNT_140
T
R(dla długości fali
550 nm) 0,85 0,87 0,53
R
S(T=300 K) >1 [MΩ/□] 38 [kΩ/□] 120 [kΩ/□]
FOM < 0,02 0,0687 0,0042
Jednakże warstwy LS MWCNT_7 (o maksymalnym uzyskanym FOM = 0,0687) wykazują transmitancję światła zbliżoną do wymogów aplikacyjnych. Ponadto badania przeprowadzone w niniejszej dysertacji wykazały, że warstwy te charakteryzują się mechanizmem przewodnictwa zgodnym z modelem VRH. Zgodnie z przyjętym modelem dominującym źródłem oporu elektrycznego sieci przewodzącej jest opór złącza pomiędzy nanorurkami. Dlatego można przypuszczać, że istotną rolę w obniżeniu oporu elektrycznego warstwy pełni modyfikacja powierzchni nanorurek w miejscu przeskoku ładunku. Uzyskane wyniki badań wskazują na możliwość osiągnięcia aplikacyjnych wartości przewodnictwa elektrycznego warstw dzięki funkcjonalizacji powierzchni MWCNT_7 nanocząstkami metalicznymi, polimerami przewodzącymi lub grupami funkcyjnymi ułatwiającymi transport ładunku.
Podsumowując, przedstawiona dysertacja poszerza zrozumienie mechanizmów
przewodzenia prądu elektrycznego w silnie niejednorodnych układach na przykładzie
cienkich warstw nanorurek węglowych. Jednocześnie wskazuje kierunek,
w którym kontynuacja badań może skutkować znacznym zwiększeniem przewodnictwa
elektrycznego elektrod CNTs, co z kolei może pomóc w opracowaniu transparentnych,
przewodzących i elastycznych elektrod wykonanych z materiałów o dużej dostępności
i stabilnych cenach.
L it e rat u ra | 26
Literatura
[1] Y. Zhou, C. Fuentes-Hernandez, J. Shim, J. Meyer, A.J. Giordano, H. Li, et al., A Universal Method to Produce Low–Work Function Electrodes for Organic Electronics, Science (80-. ). 336 (2012) 327–333.
[2] Y.H. Kim, C. Sachse, M.L. Machala, C. May, L. Müller-meskamp, K. Leo, Highly Conductive PEDOT : PSS Electrode with Optimized Solvent and Thermal Post-Treatment for ITO-Free Organic Solar Cells, Adv. Funct. Mater. 21 (2011) 1076–
1081.
[3] L. Hu, H.S. Kim, J. Lee, P. Peumans, Y. Cui, Scalable Coating and Properties of Transparent, Flexible, Silver Nanowire Electrodes, ACS Nano. 4 (2010) 2955–2963.
[4] J.-Y. Lee, S.T. Connor, Y. Cui, P. Peumans, Solution-Processed Metal Nanowire Mesh Transparent Electrodes, Nano Lett. 8 (2008) 689–692.
[5] S. Lee, J. Su, J. Jang, K. Hong, D. Lee, S. Song, et al., Nano Energy Robust nanoscale contact of silver nanowire electrodes to semiconductors to achieve high performance chalcogenide thin film solar cells, Nano Energy. 53 (2018) 675–682.
[6] X. Wang, L. Zhi, N. Tsao, J. Li, K. Müllen, Transparent Carbon Films as Electrodes in Organic Solar Cells, Angew. Chemie - Int. Ed. 47 (2008) 2990–2992.
[7] D.S. Hecht, L. Hu, G. Irvin, Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene, and Metallic Nanostructures, Adv. Mater. 23 (2011) 1482–1513.
[8] X. Wang, Q. Li, J. Xie, Z. Jin, J. Wang, Y. Li, et al., Fabrication of Ultralong and Electrically Uniform Single-Walled Carbon Nanotubes on Clean Substrates, Nano Lett. 9 (2009) 3137–3141.
[9] S. Kim, J. Yim, X. Wang, D.D.C. Bradley, S. Lee, J.C. DeMello, Spin-and spray-deposited single-walled carbon-nanotube electrodes for organic solar cells, Adv. Funct. Mater.
20 (2010) 2310–2316.
[10] M. Batmunkh, M.J. Biggs, J.G. Shapter, Carbon Nanotubes for Dye-Sensitized Solar Cells, Small. 11 (2015) 2963–2989.
[11] Y. Li, H. Zhang, Y. Liu, H. Wang, Z. Huang, T. Peijs, et al., Synergistic effects of spray-coated hybrid carbon nanoparticles for enhanced electrical and thermal surface conductivity of CFRP laminates, Compos. Part A. 105 (2019) 9–18.
[12] F. Mirri, A.W.K. Ma, T.T. Hsu, N. Behabtu, S.L. Eichmann, C.C. Young, et al., High-performance carbon nanotube transparent conductive films by scalable dip coating, ACS Nano. 6 (2012) 9737–9744.
[13] M.D. Lima, M.J. De Andrade, C.P. Bergmann, S. Roth, Thin, conductive, carbon
L it e rat u ra | 27
nanotube networks over transparent substrates by electrophoretic deposition, J. Mater. Chem. 18 (2008) 776–779.
[14] G. Giancane, S. Bettini, L. Valli, State of art in the preparation, characterisation and applications of Langmuir-Blodgett films of carbon nanotubes, Colloid Surface A.
354 (2010) 81–90.
[15] V. Krstic, G.S. Duesberg, J. Muster, M. Burghard, S. Roth, Langmuir-Blodgett Films of Matrix-Diluted Single-Walled Carbon Nanotubes, Chem. Mater. 10 (1998) 2338–
2340.
[16] V. Krstic, J. Muster, G.S. Duesberg, G. Philipp, M. Burghard, S. Roth, Electrical transport in single-walled carbon nanotube bundles embedded in Langmuir – Blodgett monolayers, Synth. Met. 110 (2000) 245–249.
[17] Y. Guo, N. Minami, S. Kazaoui, J. Peng, M. Yoshida, T. Miyashita, Multi-layer LB films of single-wall carbon nanotubes, Phys. B Condens. Matter. 323 (2002) 235–236.
[18] L. Feng, H. Li, F. Li, Z. Shi, Z. Gu, Functionalization of carbon nanotubes with amphiphilic molecules and their Langmuir-Blodgett films, Carbon N. Y. 41 (2003) 2385–2391.
[19] Y. Kim, N. Minami, W. Zhu, S. Kazaoui, R. Azumi, M. Matsumoto, Homogeneous and structurally controlled thin films of single-wall carbon nanotubes by the Langmuir-Blodgett technique, Synth. Met. 135 (2003) 747–748.
[20] X. Li, L. Zhang, X. Wang, I. Shimoyama, X. Sun, W.K. Seo, et al., Langmuir-Blodgett assembly of densely aligned single-walled carbon nanotubes from bulk materials, J. Am. Chem. Soc. 129 (2007) 4890–4891.
[21] L. Jia, Y. Zhang, J. Li, C. You, E. Xie, Highly ordered in-plane orientation of single-walled carbon nanotubes, J. Optoelectron. Adv. Mater. 10 (2008) 2743–2747.
[22] L. Jia, Y. Zhang, J. Li, C. You, E. Xie, Aligned single-walled carbon nanotubes by Langmuir-Blodgett technique, J. Appl. Phys. 104 (2008).
[23] J.-H. Lee, W.-S. Kang, G.-H. Nam, S.-W. Choi, J.-H. Kim, Preparation of Hierarchically Aligned Carbon Nanotube Films Using the Langmuir-Blodgett Technique, J. Nanosci.
Nanotechnol. 9 (2009) 7080–7084.
[24] S.W. Choi, W.S. Kang, J.H. Lee, C.K. Najeeb, H.S. Chun, J.H. Kim, Patterning of hierarchically aligned single-walled carbon nanotube langmuir-blodgett films by microcontact printing, Langmuir. 26 (2010) 15680–15685.
[25] M.K. Massey, C. Pearson, D.A. Zeze, B.G. Mendis, M.C. Petty, The electrical and optical properties of oriented Langmuir-Blodgett films of single-walled carbon nanotubes, Carbon N. Y. 49 (2011) 2424–2430.
[26] M.K. Massey, M.C. Rosamond, C. Pearson, D.A. Zeze, M.C. Petty, Electrical Behavior
L it e rat u ra | 28
of Langmuir − Blodgett Networks of Sorted Metallic and Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes, Langmuir. 28 (2012) 15385−15391.
[27] V. Bavastrello, M.K. Ram, C. Nicolini, Synthesis of multiwalled carbon nanotubes and poly(o-anisidine) nanocomposite material: Fabrication and characterization of its Langmuir-Schaefer films, Langmuir. 18 (2002) 1535–1541.
[28] V. Bavastrello, S. Carrara, M.K. Ram, C. Nicolini, Optical and Electrochemical Properties of Poly( o -toluidine) Multiwalled Carbon Nanotubes Composite Langmuir−Schaefer Films, Langmuir. 20 (2004) 969–973.
[29] P. Bertoncello, A. Notargiacomo, V. Erokhin, C. Nicolini, Functionalization and photoelectrochemical characterization of poly[3-3′(vinylcarbazole)] multi-walled carbon nanotube (PVK-MWNT) Langmuir-Schaefer films, Nanotechnology. 17 (2006) 699–705.
[30] Y. Ma, B. Wang, Y. Wu, Y. Huang, Y. Chen, The production of horizontally aligned single-walled carbon nanotubes, Carbon. 49 (2011) 4098–4110.
[31] R. Bhowmick, S. Rajasekaran, D. Friebel, C. Beasley, L. Jiao, H. Ogasawara, et al., Hydrogen spillover in Pt-single-walled carbon nanotube composites: Formation of stable C-H bonds, J. Am. Chem. Soc. 133 (2011) 5580–5586.
[32] S. Liu, Z. Wei, Y. Cao, L. Gan, Z. Wang, W. Xu, et al., Ultrasensitive water-processed monolayer photodetectors, Chem. Sci. 2 (2011) 796–802.
[33] Y. Gao, Y. Deng, Z. Liao, M. Zhang, Aligned Carbon Nanotube Field Effect Transistors by Repeated Compression - Expansion Cycles in Langmuir − Blodgett, IEEE Int. Conf.
Nanotechnol. 1 (2017) 731–734.
[34] Q. Cao, S. Han, G.S. Tulevski, Y. Zhu, D.D. Lu, W. Haensch, Arrays of single-walled carbon nanotubes with full surface coverage for high-performance electronics, Nat.
Nanotechnol. 8 (2013) 180–186.
[35] J.H. Lee, W.S. Kang, C.K. Najeeb, B.S. Choi, S.W. Choi, H.J. Lee, et al., A hydrogen gas sensor using single-walled carbon nanotube Langmuir-Blodgett films decorated with palladium nanoparticles, Sensors Actuators, B Chem. 188 (2013) 169–175.
[36] Q. Zheng, B. Zhang, X. Lin, X. Shen, N. Yousefi, Z.D. Huang, et al., Highly transparent and conducting ultralarge graphene oxide/single-walled carbon nanotube hybrid films produced by Langmuir-Blodgett assembly, J. Mater. Chem. 22 (2012) 25072–
25082.
[37] T. Yang, J. Yang, L. Shi, E. Mäder, Q. Zheng, Highly flexible transparent conductive graphene/single-walled carbon nanotube nanocomposite films produced by Langmuir–Blodgett assembly, RSC Adv. 5 (2015) 23650–23657.
[38] S. De, J.N. Coleman, Are there fundamental limitations on the sheet resistance
L it e rat u ra | 29
and transmittance of thin graphene films?, ACS Nano. 4 (2010) 2713–2720.
[39] A. Bachtold, M. de Jonge, K. Grove-Rasmussen, P.L. McEuen, M. Buitelaar, C. Schönenberger, Suppression of tunneling into multiwall carbon nanotubes, Phys.
Rev. Lett. 87 (2001) 166801–166805.
[40] C.P.L. Rubinger, M.E. Leyva, B.G. Soares, G.M. Ribeiro, R.M. Rubinger, Hopping conduction on carbon black/styrene-butadiene-styrene composites, J. Mater. Sci. 47 (2012) 860–865.
[41] C. Venet, C. Pearson, A.S. Jombert, M.F. Mabrook, D.A. Zeze, M.C. Petty, The morphology and electrical conductivity of single-wall carbon nanotube thin films prepared by the Langmuir-Blodgett technique, Colloid Surface A. 354 (2010) 113–
117.
[42] B.I. Shklovskii, A.L. Efros, Electronic properties of doped semiconductors, Springer Verlag, Berlin, 1984.
[43] M.M. Fogler, S. Teber, B.I. Shklovskii, Variable-range hopping in quasi-one-dimensional electron crystals, Phys. Rev. B. 69 (2004) 035413.
[44] S.J. Chin, S. Vempati, P. Dawson, M. Knite, A. Linarts, K. Ozols, et al., Electrical conduction and rheological behaviour of composites of poly(ε-caprolactone) and MWCNTs, Polym. (United Kingdom). 58 (2015) 209–221.
[45] M. Knite, V. Teteris, A. Kiploka, J. Kaupuzs, Polyisoprene-carbon black nanocomposites as tensile strain and pressure sensor materials, Sensors Actuators, A Phys. 110 (2004) 142–149.
[46] F.Y. Wu, H.M. Cheng, Structure and thermal expansion of multi-walled carbon nanotubes before and after high temperature treatment, J. Phys. D. Appl. Phys. 38 (2005) 4302–4307.
[47] G. Deutscher, Y. Lévy, B. Souillard, T3/7 Hopping Conductivity in a Class of Disordered Systems, Europhys. Lett. 4 (1987) 577–582.
[48] T.G. Castner, Variable-range hopping in the critical regime, Phys. Rev. B. 61 (2000)
16596–16609.
D o ro be k nauk o w y | 30
Dorobek naukowy
Publikacje naukowe (
*– autor korespondencyjny, IF – pięcioletni Impact Factor z 2017 roku na podstawie Journal Citation Reports):
1. A. Biadasz, K. Rytel, K. Kędzierski, A. Adamski, M. Kotkowiak, A. Stachowiak, B. Barszcz, H.Y. Jeongd, T-D. Kim, The liquid crystal induced J-type aggregation of diketopyrrolopyrrole derivatives in monolayer, Journal of Molecular Liquids [IF 3,929] – w trakcie recenzji (minor revision)
2. K. Kędzierski*, K. Rytel, B. Barszcz, A. Gronostaj, Ł. Majchrzycki, D. Wróbel, Unusual conductivity temperature dependence of multiwalled carbon nanotube thin film, Chemical Physics Letters 712 (2018) 144–148. [IF 1,615]
https://doi.org/10.1016/j.cplett.2018.09.045
3. B. Barszcz, K. Kędzierski, W-T Oh, T-D Kim, Influence of the spatial substituents on self organization and spectral properties of diketopyrrolopyrrole derivatives, Journal of Luminescence 203 (2018) 208–215. [IF 2,577]
http://doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.06.055
4. K. Rytel, M. Widelicka, D. Łukawski, F. Lisiecki, K. Kędzierski, D. Wróbel, Ultrasonication induced sp3 hybridization defects in Langmuir-Schaefer layers of turbostratic graphene, Physical Chemistry Chemical Physics 20 (2018) 12777-12784. [IF 4,224] http://dx.doi.org/10.1039/c8cp01363b
5. B. Barszcz, K. Kędzierski, H.Y. Jeong, T-D. Kim, Spectroscopic properties of diketopyrrolopyrrole derivatives with long alkyl chains, Journal of Luminescence 185 (2017) 219–227. [IF 2,577] http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.01.019
6. K. Kędzierski*, K. Rytel, B. Barszcz, A. Gronostaj, Ł. Majchrzycki, D. Wróbel, On the temperature dependent electrical resistivity of CNT layers in view of Variable Range Hopping models, Organic Electronics 43 (2017) 253-261. [IF 3,243]
http://dx.doi.org/10.1016/j.orgel.2017.01.037
7. C. Das, M. Kot, Z. Rouissi, K. Kędzierski, K. Henkel, D. Schmeisser, Selective deposition of an ultrathin Pt layer on a Au-Nanoisland-Modified Si photocathode for hydrogen generation, ACS Omega 2 (2017) 1360−1366.
http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.6b00374
D o ro be k nauk o w y | 31
8. K. Rytel, D. Waszak, K. Kędzierski, D. Wróbel, Novel method of current collector coating by multiwalled carbon nanotube Langmuir layer for enhanced power performance of LiMn2O4 electrode of Li-ion batteries, Electrochimica Acta 222 (2016) 921–925. [IF 4,857]
http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2016.11.058
9. K. Kędzierski, B. Barszcz, M. Kotkowiak, B. Bursa, J. Goc, H. Dinçer, D. Wróbel, Photophysics of an unsymmetrical Zn(II) phthalocyanine substituted with terminal alkynyl group, Journal of Luminescence 180 (2016) 132-139. [IF 2,577]
http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.08.010
10. P. Poszwa, K. Kędzierski*, B. Barszcz, A.B. Nowicka, Fluorescence confocal microscopy as effective testing method of polypropylene fibers and single polymer composites, Polymer Testing 53 (2016) 174-179. [IF 2,628]
http://dx.doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.05.025
11. K. Kędzierski*, K. Rytel, Ł. Majchrzycki, D. Wróbel, Conductive and transparent films of oriented multi-walled carbon nanotubes by Langmuir-Schaefer method, Thin Solid Films 589 (2015) 701-706. [IF 1,796] http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2015.06.050 12. K. Kędzierski, B. Barszcz, A. Biadasz, M. Matczak, D. Wrobel, Preparation and studies
of transparent conductive monolayers of multiwall carbon nanotubes on quartz and flexible polymer with the use of modified Langmuir technique, Progress in Organic Coatings 86 (2015) 86–95. [IF 3,004]
http://dx.doi.org/10.1016/j.porgcoat.2015.04.017
13. B. Bursa, D. Wróbel, A. Biadasz, K. Kędzierski, K. Lewandowska, A. Graja, M.
Szybowicz, M. Durmuş, Indium-chlorine and gallium-chlorine tetrasubstituted phthalocyanines in a bulk system, Langmuir monolayers and Langmuir-Blodgett nanolayers – spectroscopic investigations, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 128 (2014) 489–496. [IF 2,571]
http://dx.doi.org/10.1016/j.saa.2014.02.178
14. B. Bursa, A. Biadasz, K. Kędzierski, D. Wróbel, Quantum dot with zinc and copper substituted phthalocyanines.1. Energy transfer in solution and in-situ light absorption in Langmuir monolayers, Journal of Luminescence 145 (2014) 779–786. [IF 2,577]
http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2013.08.053
D o ro be k nauk o w y | 32
Inne osiągnięcia naukowe:
a) granty badawcze (numer projektu, źródło finansowania, tytuł, miejsce realizacji):
i. kierownik grantu
• DS 06/62/DSMK/0199, MNiSW, Warstwy Langmuira na granicy faz ciekły gal-powietrze, Politechnika Poznańska,
• 2015/17/N/ST8/00295, NCN, Cienkie warstwy nanorurek węglowych jako elektrody elastycznych barwnikowych ogniw fotowoltaicznych, Politechnika Poznańska,
• DS 06/62/DSMK/0193, MNiSW, Badanie zjawiska wygaszania fluorescencji układów hybrydowych barwnik organiczny – nanostruktura węglowa, Politechnika Poznańska
ii. wykonawca grantu
• DS 06/64/DSMK/0007, MNiSW, Ocena wnikania substancji fotouczulających w skórę za pomocą metod spektroskopowych, Politechnika Poznańska
• DS. 06/62/DSMK/6201, MNiSW, Pokrycia celulozy nanomateriałami węglowymi dla selektywnej absorpcji związków organicznych, Politechnika Poznańska
• DS 06/62/DSMK/0196, MNiSW, Wpływ symetrii barwnika ftalocyjaninowego na zdolność konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną w ogniewach fotowoltaicznych, Politechnika Poznańska
• DS. 06/64/DSMK/0415, MNiSW, Charakteryzacja mieszanin monomer nanorurki węglowe oraz ich kompozytów polimerowych otrzymanych metodą fotopolimeryzacji, Politechnika Poznańska
• DS 62-179/11 DS-MK-514, MNiSW, Supermolekularne układy fuleren-tiofen w dwuwymiarowych warstwach Langmuira, Politechnika Poznańska
b) nagrody i wyróżnienia
• Stypendia dla najlepszych doktorantów oraz stypendia z dotacji projakościowej (2010/2011, 2013/2014, 2013/2014, 2014/2015),
• Stypendium (3 m-ce) z projektu „Era Inżyniera celem wzmocnienia potencjału dydaktycznego i naukowego Politechniki Poznańskiej” finansowane z Poddziałania 4.1.1 PO KL (listopad 2011 – styczeń 2012),
• Starz zawodowy dla doktorantów z projektu „Inżynier Przyszłości. Wzmocnienie potencjału dydaktycznego Politechniki Poznańskiej” finansowane z Działania 4.3.
(październik – grudzień 2014),
• Dyplomy uznania dla najlepszego prowadzącego ćwiczenia rachunkowe na Wydziale Fizyki Technicznej uzyskane w latach 2016 i 2017
• Nagrody Rektora Politechniki Poznańskiej za osiągnięcia naukowe w roku
akademickim 2015/2016 oraz 2016/2017 (RO-1170/6/16/1135
oraz RO-1170/6/17/885).
D o ro be k nauk o w y | 33
c) inne osiągnięcia
Współautor 25 doniesień konferencyjnych. Osobiście doktorant przedstawił 13 komunikatów konferencyjnych, w tym 2 wystąpienia ustne:
1. K. Kędzierski, Ł. Majchrzycki, Właściwości warstw Langmuira i Langmuira – Blodgett wielościennych nanorurek węglowych, I Ogólnopolska Konferencja Kryształki Molekularne, 2011, Wrocław
2. K. Kędzierski, K. Rytel, D. Wróbel, Właściwości optyczne i elektryczne cienkich warstw wielościennych nanorurek węglowych, XLII Zjazd Fizyków Polskich, 2013, Poznań
Nagroda za plakat pod tytułem Supermolekularne układy fuleren-tiofen
w dwuwymiarowych warstwach Langmuira zaprezentowany na I Ogólnopolskiej
Konferencji Kryształki Molekularne w 2011 roku we Wrocławiu.
Zał ąc z nik i | 34
Załączniki
Zał ąc z nik i | 35
Zał ąc z nik i | 36
Zał ąc z nik i | 37
Zał ąc z nik i | 38
Zał ąc z nik i | 39
Przedruk publikacji [Kędzierski, POC 2015] | 40
Przedruk publikacji [Kędzierski, POC 2015]
K. Kędzierski, B. Barszcz, A. Biadasz, M. Matczak, D. Wrobel, Preparation and studies of transparent conductive monolayers of multiwall carbon nanotubes on quartz and flexible
polymer with the use of modified Langmuir technique, Progress in Organic Coatings 86
(2015) 86–95.
ProgressinOrganicCoatings86(2015)86–95
ContentslistsavailableatScienceDirect
Progress in Organic Coatings
jou rn a l h om ep a ge :w w w . e l s e v i e r . c o m / l o c a t e / p o r g c o a t
Preparation and studies of transparent conductive monolayers of multiwall carbon nanotubes on quartz and flexible polymer with the use of modified Langmuir technique
K. K ˛edzierski
a, B. Barszcz
b, A. Biadasz
a, M. Matczak
b, D. Wróbel
a,∗aFacultyofTechnicalPhysics,InstituteofPhysics,PoznanUniversityofTechnology,60-965Pozna´n,Poland
bInstituteofMolecularPhysics,PolishAcademyofSciences,60-179Pozna´n,Poland
a r t i c l e i n f o
Articlehistory:
Received7December2014
Receivedinrevisedform14April2015 Accepted17April2015
AnimprovedLangmuirmethodisdescribedandappliedtoproducetransparent,conductiveandflexible singlelayerofmultiwallcarbonnanotubes.Thispaperpresentspropertiesofmultiwallcarbonnanotubes spreadonwatersubphaseandinaformofLangmuir–Schaeferlayersonaquartzplateandonflexible polymericfoil.Theresultsshowveryhighhomogeneityofthemonolayersonaverylargeareaobtained withtheuseoftheproposedmodifiedLangmuirmethodandindicatetheirrelativelyhighradiation trans-missionandelectricalconductivity.Laserscanningconfocalandscanningelectronmicroscopicimagesof thelayersarepresented.Themicroscopicvisualizationofthenanolayersissupportedbyspectroscopic studies(transmittance,photoacoustics)intherangefromultraviolettomid-infrared.Moreover,electric measurements(currentversusvoltagecharacteristics)ofthecarbonmaterialonthepolymericfoilare presented.
Theobtainedresultsoftheinvestigatedmultiwallcarbonnanotubesarediscussedinaviewofpotential applicationinoptoelectronics.
©2015ElsevierB.V.Allrightsreserved.
1. Introduction
Inthenearfutureadevelopmentofelectronicsbasedon car-boncompoundsand carbonnanostructureswilllet tofabricate newelectronicelementscharacterizedbymuchbetterproperties thanconventionalones.Thepotentialuseofcarbonmaterialsin electronicsystemsprognosticatesanemergencelightweight,thin, energy-saving,biodegradableandflexibledevices;variabilityand varietyoforganicmaterialsishuge.Duetothehighabsorption coef-ficientcarbonnanomaterialscanbeusedinoptoelectronicsonlyas aoflowthicknessstructureslikethinfilms.
The mostpromising materialsare carbon nanotubes (CNTs) thinfilms[1].Suchfilmspresenthighvisiblelighttransmission, good electrical conductivityand excellent mechanical strength.
For thesereasons theyare perfectlysuitable for optoelectronic devices electrodes [2,3] or functional coatings [4,5]. CNTs thin
Abbreviations: CNTs,carbon nanotubes;MWCNTs,multiwallcarbon nano-tubes; L, Langmuir; LS, Langmuir–Schaefer; PVC, polyvinyl chloride; LSM, confocallaserscanningmicroscope;SEM,scanningelectronmicroscope;UV–vis, ultraviolet–visible;IR,infrared;PAS,photoacousticspectrum.
∗ Correspondingauthor.Tel.:+48616653179;fax:+48616653178.
E-mailaddress:danuta.wrobel@put.poznan.pl(D.Wróbel).
filmsareespeciallyinterestingasanelectrodematerialinorganic photovoltaics—astheworking[6–8]and thecounterelectrodes [9,10]. Ultrathin films composed of pure CNTs, their polymer composites[11,12] aswellas CNTsfunctionalized byinorganic materialshavebeenalreadystudied[13–15].Avarietyof meth-odsofobtainingthinCNTsfilmssuchasspraydeposition,transfer printing[16],spreading/coating[17]ordielectrophoresis[18]have beendeveloped. However,inspiteof manyadvantages of such methodsLangmuirtechnique(depositionfromwater–airinterface) providesthemostcontrollableprocessofcreatingCNTsthinfilms [19].
InLangmuirtechniquematerialisformedasmonolayer float-ingonthewater–airinterfaceandthentransferredonsubstrate emergedorimmersedinsubphase.Therefore,itispossibleto trans-feramateriallayerbylayercontrollingthethicknessofthecoating withanaccuracyofthemonolayerthickness.Langmuirtechnique ofCNTfilmcreationwasusedforthefirsttime byKristicetal.
[20].However,themainproblemsofthatmethodare:(1)CNTs aggregateformationonthewater–airinterfaceand(2)receiving ahomogeneouslayerofsufficientlargearea.Functionalizationof CNTs helpsto avoid the firstpoint and allows toachieve well orientedCNTslayers[17,18,21,22]butobtainingaultrathin, homo-geneousandlargeareaCNTscoatingstillremainsunachievable.
http://dx.doi.org/10.1016/j.porgcoat.2015.04.017 0300-9440/©2015ElsevierB.V.Allrightsreserved.
K.K˛edzierskietal./ProgressinOrganicCoatings86(2015)86–95 87
Thus,inthisworkwepresentamodifiedLangmuirtechnique newlyestablished byusfor producing alargeareaof homoge-neous,transparentandconductivemonolayersofmultiwallcarbon nanotubes(MWCNTs).Aggregationofamaterialisavoided with-outfunctionalizationof MWCNTswiththeuseof theproposed method.TheobtainedCNTsmonolayeristransferredontoasolid substrateandcharacterizedbyrelativelyhighlighttransmission andhighelectricconductivity.Inthepaperwepresentthe experi-mentalresultsanddiscussthenanometricpropertiesofMWCNTs inaformoftheLangmuirmonolayersonhydrousinterfaceand theirLangmuir–Schaefer(LS)layeronaquartzplateandflexible polyvinylchloride(PVC)foil.
TheaimofthisstudyistoestablishprognosticfeatureofCNTs asnewoptoelectronicmaterialsfortheirapplicationsinmodern electronicsinthenearestfuture.
2. Materialsandmethods
Multiwallcarbonnanotubes(Sigma-Aldrich)inpowderandin a formof Langmuir monolayers and Langmuir–Schaefferlayers wereusedinourexperiments.Theirgeometricalparameterswere:
thediameterrangesfrom110to170nmandlength5–9m.The samplesweredissolvedinspectrallypuredichloroethane(DCE) (Sigma-Aldrich).Inthissolventthenanotubeswereinaformof verystablesuspension.Moreover,DCEishighlyvolatileand
thediameterrangesfrom110to170nmandlength5–9m.The samplesweredissolvedinspectrallypuredichloroethane(DCE) (Sigma-Aldrich).Inthissolventthenanotubeswereinaformof verystablesuspension.Moreover,DCEishighlyvolatileand