Ученые Томского политехнического университета разработали универсальную технологию лазерной обработки материала. С ее помощью из одного образца можно получить сразу два принципиально разных по функционалу материала — медный композит и гибрид меди с лазер‑индуцируемым графеном.
Полученные таким способом материалы отличаются прочностью и гибкостью, устойчивы к окислению и не нуждаются в дополнительных защитных покрытиях, сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ. Результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS AppliedMaterials&Interfaces.
Лазерная обработка наноматериалов и селективное лазерное спекание — перспективные методы изготовления гибкой электроники: они позволяют точно, экономично и масштабируемо придавать материалу нужные свойства, например проводимость. Благодаря этим методам создают гибкие устройства для датчиков деформации и температуры, а также антенны. Однако у материалов, обработанных таким способом, есть существенные недостатки: они механически нестабильны, склонны к окислению и обладают слабой адгезией (прилипанием) к подложке. Из‑за этого устройства становятся уязвимыми к поломкам — например, при изгибах или попадании воды.
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
Результаты химического и структурного анализа показали, что материалы, модифицированные с помощью технологии ученых ТПУ, сохранили стабильность на протяжении 100 циклов сгибов в условиях постоянной относительной влажности >95% и температуре 70 в течение трех дней и при относительной влажности >95% и температуре 40 в течение 10 дней, что показывает хорошую стабильность полученных структур.
Политехники разработали гибкие сенсоры на основе никеля, меди и лазерно‑индуцированного графена меди — для этого они использовали новый метод обработки. Исследование показало, что по электрическим и термоэлектрическим характеристикам полученные материалы не уступают ряду существующих решений на основе PET‑полимеров, а в отдельных случаях даже превосходят их.
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.
Технология политехников в будущем может лечь в основу материалов для высокоэффективных сенсоров и термочувствительных устройств.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что новый лазер для ядерных часов ошибается на секунду в 300 млрд лет.
