Ученые Томского политехнического университета вместе с зарубежными коллегами нашли способ модифицировать сверхтонкий проводник электричества и тепла — графен, не разрушая его. Благодаря новому способу ученым удалось синтезировать на образцах графена хорошо структурированный полимер с сильной ковалентной связью. Такой структуре авторы дали название «полимерный ковер». Вся структура обладает высокой стабильностью, она меньше подвержена деградации со временем, что делает исследование перспективным для развития органической гибкой электроники. Кроме того, если поверх «наноковра» добавить слой дисульфид молибдена, то полученная структура генерирует электрический ток под действием света. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry C (IF: 5,256; Q1). 

 

Фото: Схема получения гибридной структуры «графен — полимер».

Графен — одновременно самое прочное, легкое и электропроводящее соединение углерода. Он может использоваться при создании солнечных батарей, экранов смартфонов, гибкой и тонкой электроники и даже в фильтрах для воды, поскольку графеновая пленка пропускает молекулы воды и при этом задерживает все остальные соединения. Для успешного применения графена необходимо встраивать его в сложные структуры. Однако это непросто. Как отмечают ученые, сам по себе графен достаточно стабилен и плохо вступает в реакции с другими соединениями. Чтобы соединить его с другими элементами, то есть модифицировать его, графен разрушают. Это сказывается на свойствах полученных материалов.

«При разрушении графена нужно быть очень осторожным. Если перестараться, то теряются уникальные свойства графена. Поэтому мы решили пойти по другому пути.

В графене есть неизбежные нанодефекты, например, на стыке граней. В такие дефекты часто присоединяются атомы водорода. И вот этот водород может взаимодействовать с другими элементами», — говорит профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.

Для модификации графена авторы статьи используют тонкую металлическую подложку, на которой размещается слой графена. Затем на графен наносится раствор с молекулами бром-полистирола. Молекулы взаимодействуют с водородом и присоединяются на уже существующие дефекты, в результате получается полигексилтиофен (P3HT). Далее под действием света, в процессе фотокатализа, полимер начинает «расти».

«В итоге мы получили образцы, структура которых напоминает "полимерный ковер", как мы назвали их в статье. Поверх такого "полимерного ковра" помещается дисульфид молибдена.

За счет уникальной комбинации материалов получается "сэндвич", который работает как солнечная батарея. То есть, он генерирует электрический ток под действием света.

Наши эксперименты поставлены так, что между молекулами полимера и графеном образуется прочная ковалентная связь — это очень важно для стабильности получаемого материала», — отмечает Рауль Родригес.

По словам исследователя, этот метод модификации графена, с одной стороны, позволяет получать очень прочное соединение, с другой — он достаточно простой и дешевый, так как используются доступные соединения. Кроме того, метод универсальный, он позволяет соединять графен с самыми разными полимерами.

«Прочность полученного соединения достигается и за счет того, что мы не разрушаем сам графен, а используем уже существующие дефекты, и за счет прочной ковалентной связи между молекулами полимера. Это позволяет нам рассматривать исследование как перспективное для развития тонкой и гибкой электроники, когда солнечную батарею можно будет пришить на одежду, и при деформации она не сломается», — поясняет ученый.

Источники

Ученые получили "полимерные наноковры" на графене для генерации тока под действием света
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 11/04/2018
Созданы полимерные "наноковры" из графена
Nanonewsnet.ru, 12/04/2018
Созданы полимерные "наноковры" из графена
Новости@Rambler.ru, 12/04/2018
Созданы полимерные "наноковры" из графена
Новости@Rambler.ru, 12/04/2018
Созданы полимерные "наноковры" из графена
Индикатор (indicator.ru), 12/04/2018
Спор о причинах возникновения терагерцевого фотоотклика в графене завершился ничьей
Российский научный фонд (rscf.ru), 19/04/2018
Ученым ТПУ совместно с зарубежными коллегами синтезировали "полимерные ковры" на графене
Научная Россия (scientificrussia.ru), 25/04/2018
Ученые получили "полимерные наноковры" на графене для генерации тока под действием света
123ru.net, 26/04/2018
Ученые получили "полимерные наноковры" на графене для генерации тока под действием света
Nanonewsnet.ru, 26/04/2018
Ученые ТПУ получили композит нового поколения для фотокатализа
РИА Томск (riatomsk.ru), 29/04/2018
Томские ученые получили электричество из "наноковров"
Нож (knife.media), 05/05/2018
Томские ученые получили электричество из "наноковров" - Нож
Epeak.in (su.epeak.in), 05/05/2018

Похожие новости

  • 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.
    943
  • 31/05/2017

    Ученые создали суперпрочный материал для Арктики из отходов нефтехимии

    ​Вместе с зарубежными коллегами во главе с Френсисом Верпоортом, профессором Университета Гента (Бельгия) и Уханьского технологического университета (Китай), ученые Томского политехнического университета создали полимер, который сохраняет свою прочность даже при крайне низких температурах, например, в экстремальных условиях Арктики.
    557
  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    1150
  • 07/11/2017

    Химики объединились, чтобы ускорить создание новых материалов

    ​Томский государственный университет и Российский химико-технологический университет им. Д.В. Менделеева подписали соглашение о сотрудничестве. Взаимодействие двух ведущих научных центров будет направлено на разработку совместных образовательных программ и исследовательских проектов, создание уникальных химических технологий и материалов.
    378
  • 07/11/2017

    ТПУ и Токийский столичный университет будут развивать перспективные направления сотрудничества

    ​Перспективные направления сотрудничества Томского политехнического университета и Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University) обсудили в пятницу представители двух вузов. С рабочим визитом Томский политех посетили вице-президент по международным связям токийского вуза Такая Охаши и координатор международного сотрудничества Сатоми Сузуки.
    397
  • 19/10/2017

    СибГМУ получил лицензию на производство лекарств

    ​Сибирский государственный медицинский университет получил лицензию Минпромторга РФ на осуществление производства лекарственных средств. Томский вуз стал первым в стране медуниверситетом с подобной лицензией, сообщила ректор СибГМУ Ольга Кобякова.
    613
  • 24/10/2016

    Конференция по катализу объединит промышленников и ученых

    ​В Томском государственном университете (ТГУ) 23-27 октября проходит IV международная научная школа-конференция молодых ученых "Катализ: от науки к промышленности". В программу школы-конференции вошли пленарные дискуссии, лекции ведущих ученых, круглый стол по масштабированию технологий.
    1273
  • 24/05/2016

    ОАО «РЖД» начнут применять «Антиржавин», созданный химиками Томского государственного университета

    На встрече с делегацией компании «Российские железные дороги» (РЖД) были представлены разработки ученых-химиков Томского государственного университета – линейка чистящих средств («Антиржавин», N-faza, Z-faza).
    939
  • 26/06/2017

    Книга американского профессора расскажет историю знаменитого химика из ТПУ Николая Кижнера

    ​Профессор Университета Висконсина в О-Клэр (США) Дэвид Льюис вместе со своими студентами приехал в Томский политехнический университет, чтобы собрать материал о профессоре Николае Кижнере - это выдающийся химик и один из первых преподавателей Томского технологического института.
    475
  • 28/07/2017

    ТПУ будет сотрудничать с Росатомом и ведущими вузами мира

    ​​​В Томском политехническом университете идет набор в магистратуру по профилям подготовки «Химическая технология неорганических веществ и материалов» и «Машины и аппараты химических и нефтехимических производств».
    495