Transparent, flexible electrodes and sensors based on carbon nanotube thin films

• Autores: Jordi Pérez Puigdemont, Núria Ferrer Anglada, Bernat Terrés, M. Kaempgen, Siegmar Roth
• Localización: Contributions to Science, ISSN-e 1575-6343, Vol. 4, Nº. 2, 2008, págs. 193-201
• Idioma: inglés
• Enlaces
  • Texto completo
• Resumen
  • English

    We obtained thin films of single-walled carbon nanotubes (CNTs), which may be used as transparent, flexible electrodes in electronic devices, on a substrate using a very simple meth- od. In order to construct reproducible devices with similar properties, in particular with similar impedance Z(ω), it is important to associate the electrical properties with the number of CNTs in a network. We prepared thin CNT networks on transparent, flexible substrates (PPC, polypropylene carbonate) with different CNT densities. The number of CNTs was estimated using a mathematical method based on the data obtained from thermo-gravimetric analysis (TGA). We were able to estimate the relative number of CNTs using optical absorption spectroscopy. These two methods are in good agreement. We also analysed the various samples using electrical impedance measurements at frequencies of up to 110 MHz. Low-density networks are semiconductors, whilst high-density networks behave like metals and are sufficiently good conductors to be used as working electrodes in electrochemical processes. It is thus possible to obtain CNT polymer and metal composite conductors electrochemically.

    With sensor applications in mind, we used CNT thin films as a working electrode to obtain a composite CNT-conducting polymer. This was performed by electrochemically depositing a conducting polymer — polypyrrole or polyaniline — on the electrode. The pH dependence of the device was measured by recording its open circuit potential in various buffer solutions. This enabled us to analyse the properties of the device as an electrochemical sensor. The results showed a good sensitivity, linearity and stability in both cases. Thus, the CNT/polypyrrole and CNT/polyaniline devices could have applications as solid- state gas sensors or biosensors when they are deposited on transparent and flexible surfaces of any shape.

  • català

    Hem obtingut capes primes de Nanotubs de Carboni d’una sola paret (CNT) sobre un substrat amb un mètode molt simple, que poden ser emprades com elèctrodes flexibles i transparents en dispositius electrònics. Per tal d’obtenir dispositius reproduïbles amb propietats similars, en particular amb similar impedància Z(ω), és important relacionar les propietats elèctriques amb la quantitat de CNTs presents en la capa.

    Per això, hem realitzat capes primes de CNTs sobre substrats flexibles i transparents (PPC, policarbonat de propilè) amb diferents densitats de CNT. A partir d’un mètode iteratiu matemàtic i de l’Anàlisi Tèrmogravimètric (TGA) de cada mostra, hem pogut determinar la quantitat de CNTs presents en cada mostra. També n’hem fet una estimació a partir de l’espectros- còpia d’absorció òptica. Hem vist que els dos mètodes donen resultats coherents. Hem analitzat les diferents mostres mesurant la impedància elèctrica a diferents frequències, fins 110 MHz. Les capes primes amb poca densitat de CNTs són semi- conductores, en canvi les denses són metàl·liques, i prou con- ductores per ser utilitzades com elèctrode de treball en un procés electroquímic. Podem obtenir així composites CNT-polímer conductor o CNT-metall, electroquímicament.

    Amb l’objectiu de les aplicacions per a sensors, utilitzant les capes primes de CNT com elèctrode de treball hem obtingut composites CNT-polímer conductor, depositant-hi electroquí- micament un polímer conductor, polipirrol o polianilina. Hem analitzat les propietats del dispositiu com a sensor electroquímic, observant la seva resposta en funció del pH, mesurant el potencial en circuit obert en funció del pH de la solució, entre 1 i 13. Els resultats mostren una bona sensibilitat, linearitat i estabilitat. Per això, els dispositius CNT/polipirrol i CNT/polianilina poden tenir aplicacions com a sensors o biosensors en estat sòlid, depositats sobre qualsevol superfície de forma arbitrària, que pot ser transparent i flexible.