Химики ТПУ предложили технологию лазерной "настройки" композитов для гибкой электроники
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) предложили универсальную технологию обработки материала с помощью лазера, которая способна создать из одного образца два принципиально разных по функционалу материала — медный композит и гибрид меди с лазер‑индуцируемым графеном. Материалы, полученные таким методом, — прочные, гибкие, устойчивые к окислению и не требуют дополнительных защитных покрытий.
Лазерная обработка наноматериалов и селективное лазерное спекание — перспективные методы изготовления гибкой электроники. Они позволяют точно, экономично и масштабируемо придать материалу определенные свойства (например, проводимость). Такие методы лежат в основе создания гибких устройств для датчиков деформации и температуры, а также антенн. Однако материалы после такой обработки остаются механически нестабильными, они окисляются и обладают слабой адгезией к подложке, делая устройство уязвимым к поломкам при изгибах, попадании воды и так далее.
Химики из научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха предложили новый одноступенчатый метод лазерной обработки наночастиц меди на полимерной подложке (PET). В зависимости от параметров лазера заготовку можно превратить либо в медь-полимерный композит с защитной оболочкой, либо в медьсодержащий лазерно-индуцированный графен на гибкой подложке из PET.
«Для придания материалу тех или иных свойств наша технология использует точно регулируемую мощность лазера и режим обработки наночастиц меди. Так, при умеренной мощности лазера наночастицы меди плавятся и инкапсулируются в полимер, образуя безоксидный медный композит с низким сопротивлением и большой устойчивостью к влажности и температуре. Повышение мощности лазера стимулирует образование гибрида, в котором наночастицы меди выступают катализаторами и помогают формировать лазерно-индуцируемый графен прямо в PET. При этом сохраняется проводимость и гибкость материала», — рассказал один из авторов исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Результаты исследования показали, что электрические и термоэлектрические характеристики материалов сопоставимы или лучше ряда существующих материалов на основе PET-полимеров. Используя новый метод обработки, авторы создали гибкие сенсоры на основе никеля, меди и лазерно-индуцированного графена меди.
«Предложенная нами технология легко масштабируется. При этом мы можем осуществлять обработку как отдельных пикселей размером в десятки микрон, так и целых областей площадью порядка квадратных сантиметров. Благодаря этому можно выбирать и настраивать свойства материалов исходя из желаемого функционала будущего устройства. Мы воспользовались этим свойством, чтобы создать гибкую термопару, где каждый из концов создается из медных наночастиц и отличается только параметрами лазерной обработки», — добавила профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.
Ученые отмечают, что на основе предложенной технологии в будущем можно будет создавать материалы для высокоэффективных сенсоров и термочувствительных устройств.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал
"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"