来自 Skoltech 的科学家和他们来自俄罗斯和芬兰的同事已经找到了一种测量单壁碳纳米管薄膜厚度的非侵入性方法，这种方法可能会应用于从太阳能到智能纺织品的广泛领域。该论文发表在《应用物理快报》杂志上。
单壁碳纳米管 (SWCNT) 本质上是一片单原子厚的石墨，可卷成管状。它们是碳的同素异形体(一种物理形式)，很像富勒烯、石墨烯、金刚石和石墨。SWCNT 在各种工业应用中具有很大的前景，从太阳能电池和 LED 到超快激光器、透明电极和智能纺织品。
然而，所有这些应用都需要对 SWCNT 薄膜厚度和光学特性进行相当精确的测量. “薄膜厚度对于许多应用非常重要，通常以在可见光谱范围内可以通过薄膜传输多少光为特征：透明度越高，薄膜厚度越小。然而，精确控制薄膜厚度和光学当需要设计高效的透明电极时，常数是至关重要的。例如，我们需要知道厚度以提高基于太阳能电池透明 SWCNT 窗口层的表面的抗反射性能。为了估计并随后利用 SWCNT 薄膜的机械性能，我们需要预测薄膜的几何尺寸，” Skoltech 光子学和量子材料中心纳米材料实验室负责人 Albert Nasibulin 教授说
现有的光学常数测量方法包括吸收光谱和电子能量损失光谱，而几何参数可以通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜或原子力显微镜确定。这些方法资源效率低，需要样品制备，这可能会影响人们试图测量的 SWCNT 薄膜的特性。
由 Skoltech 和阿尔托大学的 Albert Nasibulin 领导的一组研究人员能够设计出一种快速、非接触式和通用的技术，用于准确估计 SWCNT 膜厚度及其介电函数。他们找到了一种解决方法，可以对 SWCNT 薄膜使用光谱椭偏仪 (SE)，这是一种非破坏性、快速且非常灵敏的测量技术。
“椭偏法是一种我们可以用来确定薄膜参数的间接方法，数据处理的标准方法在这里并不总是适用。乍一看，碳纳米管薄膜对于这项技术来说是一个非常困难的对象：由数百万个随机取向的纳米尺寸的单个和捆绑管，它在整个光谱范围内具有很强的吸收，在其光学特性上具有低反射和各向异性。然而，该论文的第一作者，Georgy Ermolaev，Skoltech-MIPT 联合硕士的学生程序，已经找到了一种优雅的算法，可以在一组光学测量中检索厚度和光学常数，”该论文的合著者之一尤里格拉杜什说。
研究人员制造了不同厚度的 SWCNT 薄膜，在 550 nm 处的吸收在 90% 到 45% 之间，并确定了薄膜的宽带(250-3300 nm)折射率和相应的厚度。
“预计光学特性将取决于薄膜中碳纳米管的封装密度，但令人惊讶的是这种影响有多大。一滴乙醇可以压缩或致密薄膜，并改变折射率从1.07 到 1.7，为调整 SWCNT薄膜的光学特性提供了简单的机会，”Albert Nasibulin 补充道。
该团队相信其他科学家可以在他们的工作的基础上，除其他外，将他们的方法用于其他类型的这些结构，而不是碳纳米管领域。