Томские ученые предложили технологию лазерной настройки композитов для гибкой электроники

Исследователи из Томского политехнического университета предложили универсальную технологию лазерной обработки, позволяющую трансформировать одинаковые исходные образцы в материалы с разным свойствами — медный композит или гибрид меди с лазер-индуцируемым графеном. Получаемые материалы демонстрируют прочность, гибкость, устойчивость к окислению и не требуют дополнительных защитных покрытий. В перспективе технология может лечь в основу материалов для высокоэффективных датчиков и термочувствительных устройств.

Лазерная обработка наноматериалов и 3D-печать методом селективного лазерного спекания являются перспективными методами изготовления гибкой электроники, позволяющими точно и экономично придавать материалам определенные свойства. Такой метод лежит в основе создания гибких устройств для датчиков деформации и температуры, а также антенн, однако после обработки материалы остаются механически нестабильными, окисляются и обладают слабой адгезией к подложке, делая получаемые устройства уязвимыми к нагрузкам на изгиб, контакту с водой и так далее.

Химики из научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета предложили одноступенчатый метод лазерной обработки наночастиц меди на полимерной подложке из полиэтилентерефталата (PET). В зависимости от параметров лазера заготовку можно превращать либо в медь-полимерный композит с защитной оболочкой, либо в медьсодержащий лазерно-индуцированный графен на гибкой подложке из PET, сообщает пресс-служба вуза.

«Для придания материалу тех или иных свойств наша технология использует точно регулируемую мощность лазера и режим обработки наночастиц меди. 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 профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.

Результаты химического и структурного анализа показали, что модифицированные материалы сохраняют стабильность на протяжении ста циклов сгибания в условиях постоянной относительной влажности свыше девяноста пяти процентов и температуре 70°C в течение трех дней и при относительной влажности свыше девяносто пяти процентов и температуре 40°C в течение десяти дней.

Используя новый метод обработки, политехники создали гибкие сенсоры на основе никеля, меди и лазерно-индуцированного графена. Результаты исследования показали, что электрические и термоэлектрические характеристики материалов сопоставимы или лучше ряда существующих материалов на основе PET.

«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 будущих устройств. Мы воспользовались этим свойством, чтобы создать гибкую термопару, где каждый из концов создается из медных наночастиц и отличается только параметрами лазерной обработки», — рассказала профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.

Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru