​Исследователи ТПУ совместно с коллегами из зарубежных университетов разработали подход, позволяющий интегрировать металл в полимеры с помощью прямого лазерного воздействия для формирования электропроводящих композитов. Результаты работы представлены в статье Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials (Q1, ИФ 16,836). 

«Развивающиеся сейчас революционные технологии, такие как интернет вещей, гибкая электроника, нейрокомпьютерные интерфейсы, в ближайшие несколько лет станут оказывать значительное влияние на общество. Разработка таких технологий требует принципиально новых материалов, демонстрирующих превосходную механическую, химическую и электрическую стабильность, сравнительно низкую стоимость для использования их в крупных масштабах, а для некоторых применений еще и биосовместимость. Наибольший интерес представляют полимерные материалы, например, широко используемый в мире полиэтилентерефталат (ПЭТ). Однако традиционные методы модификации полимерных материалов для придания им необходимых функций, как правило, изменяют проводимость всего объема полимера, что значительно ограничивает применимость для сложных трехмерных топологий», — говорит профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.​ 

графич_произв.png 
Фото: графическая иллюстрация производства материалов 
Ученые предложили свой подход — сначала на подложки из ПЭТа осаждаются наночастицы алюминия, затем образцы облучаются лазерными импульсами. В облученных областях происходит локальное формирование проводящего композита. Алюминий исследователи выбрали потому, что это недорогой и доступный металл. Зачастую в качестве проводника для гибкой электроники используются серебро. Поэтому полученные образцы с наночастицами алюминия сравнивались с серебряной проводящей пастой и материалами на основе графена. 

«В испытаниях на механическую стабильность (тест на истирание, ударное воздействие, устойчивость на изгиб) композиты на основе алюминиевых наночастиц превосходят другие материалы. Кроме того, сама структура материала оказалась очень интересной. Во время обработки лазером на поверхности образцов образуется карбид алюминия, и, более того, в присутствии полимера происходит формирование графеноподобных углеродных структур. Этого эффекта мы не ожидали. К тому же, регулируя мощность лазера, мы можем контролировать проводимость материала. По сути, с помощью лазера можно "нарисовать" практически любую проводящую структуру на поверхности полимера, сделать его локально проводящим», — поясняет профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Евгения Шеремет. 

Лазерная интеграция металлов в полимер, по словам ученых, была применена впервые в области гибкой электроники. Существуют подходы на основе «взрыва» металла лазером и его внедрения в полимер на большой скорости, но они более сложные с точки зрения реализации технологии. Метод политехников включает два основных технологических шага: нанесение наночастиц на поверхность полимера и обработку лазером. При этом подход применим к самым разным материалам. 
«Для чего это может быть использовано? Во-первых, для гибкой электроники. Одна из проблем этого направления — низкая механическая стабильность изделий. Есть достаточно много подходов к тому, как ее можно улучшить. Но, как правило, полученные материалы не выдержали бы тестов, которые мы провели. Также среди возможных областей применения фотокатализ, гибкие сенсоры для робототехники, светодиоды, изделия биомедицинского назначения», — поясняют авторы статьи. 
Далее в планах у научного коллектива проверить новый подход на других материалах, например, серебре, меди, углеродных трубках, использовать различные полимеры. В исследовании принимали участие ученые из ТПУ, Китайского университета электронных наук и технологий, Института исследований полимеров им. Лейбница в Дрездене, Университета Амстердама. Проект поддержан Программой повышения конкурентоспособности ТПУ ВИУ-ИШФВП-198/2020. 

Фото 1: ученые ТПУ Рауль Родригес и Евгения Шеремет


Похожие новости

  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    743
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    1568
  • 12/08/2016

    В ТГУ разрабатывают импортозамещающие огнезащитные составы

    ​Сотрудники Инжинирингового химико-технологического центра Томского государственного университета (ТГУ) разрабатывают технологии производства импортозамещающих огнезащитных составов для древесины и металла, сообщает местное издание.
    1735
  • 07/12/2020

    Единственное в России производство радиофармпрепарата с таллием-199 запущено на циклотроне ТПУ

    ​На циклотроне Томского политехнического университета запущено производство радиофармпрепарата «Таллия хлорид, 199Tl» на основе радиоактивного изотопа таллия-199. На сегодняшний день оно единственное в России.
    911
  • 17/08/2020

    Аспиранты сибирских вузов – победители конкурса РФФИ: НГАУ, ТГУ, ИРНИТУ

    Аспиранты сибирских вузов получили гранты за лучшие проекты фундаментальных научных исследований. РФФИ на основании решения бюро совета Фонда (протокол № 10(237) от 06.08.2020) публикует списки поддержанных проектов по конкурсу на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре («Аспиранты»).
    872
  • 15/04/2021

    Гиперзвуковые двигатели на полимерах: новая ступень развития авиации

    Аспирант физико-технического факультета ТГУ Надежда Скибина при поддержке РФФИ проводит исследование процессов, протекающих при работе прямоточного воздушно-реактивного двигателя со сверхзвуковым течением окислителя в камере сгорания.
    581
  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    2134
  • 24/07/2018

    В Томске подвели итоги конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры»

    ​В Томском политехническом университете подвели итоги конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры», созданный для поддержки перспективных проектов молодых кандидатов наук. Проекты получают финансирование из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ.
    1255
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    1661
  • 09/11/2020

    Археологи ТГУ нашли по космоснимкам древние рудники в Горном Алтае

    ​​Сотрудники междисциплинарной археологической лаборатории «Артефакт» при поддержке РНФ изучают древние технологии добычи железа в Южной Сибири. В частности, они проводят исследования в Горном Алтае, где металлургия железа была развита уже в середине I тыс.
    711