​Ученые из Новосибирска сравнили эффективность датчиков влажности на основе графена, напечатанных на твердой и гибкой подложках. С результатами исследования можно ознакомиться в журнале Materials. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.

Анализаторы влажности широко используются в электроприборах для медицинской диагностики, охраны окружающей среды, промышленности и сельского хозяйства. Одним из перспективных путей создания дешевых и чувствительных сенсоров влажности может стать печатная электроника. При печати структур важны не только состав и толщина будущего детектора, но и характеристики несущей его основы.

Один из подходов к усилению чувствительности графеновых датчиков — использование органических электропроводящих полимеров, при этом создаются новые композитные материалы со свойствами, которых не было у исходных веществ. Например, PEDOT: PSS [поли(3,4-этилендиокситиофен) в смеси с полистиролсульфонатом] обладает крайне высокой чувствительностью к изменению влажности, но при содержании воды в воздухе более 80% его работоспособность снижается. Скорее всего, так происходит из-за того, что полимер насыщается водой, его сопротивление снижается и датчик надолго выходит из строя. Чтобы обойти подобное ограничение, PEDOT: PSS используют в сочетании с поливиниловым спиртом, наночастицами оксидов железа, цинка и олова. Эти добавки позволяют использовать датчики при уровне влажности вплоть до 100%. Важнейшими задачами на пути совершенствования датчиков влажности можно назвать определение оптимального состава пленки, обеспечивающего максимальную чувствительность, и исследование того, как зависят свойства сенсоров от их формы и материала подложки.

Для ответа на эти вопросы новосибирские физики сравнили чувствительность датчиков с различными пропорциями графена и PEDOT: PSS и выяснили, что наибольший отклик на влагу дают напечатанные пленки с соотношением этих материалов в диапазоне 1:1–1:2. Другой важной частью работы было сравнение эффективности датчиков, напечатанных на гибких подложках из бумаги, полиимидной пленки, полиэтилентерефталата (ПЭТ) и на жесткой кремниевой подложке. Оказалось, что самым чувствительным получился датчик, напечатанный на подложке из бумаги с дополнительным гидрофильным клеевым слоем на поверхности. По-видимому, это связано с тем, что напечатанные образцы оказались наиболее пористыми. Сама по себе бумага служит отличной подложкой, но возможно, что в будущем потребуется увеличить ее механическую прочность.

Форма датчика также влияет на его чувствительность и способность работать в изогнутом состоянии. Ведь сенсоры в носимой электронике, к примеру наручных часах, будут находиться в постоянном напряжении из-за сгиба, и их показания могут быть неверны. Ученые выяснили, что идеальный датчик, который не боится механических воздействий, должен иметь форму змейки. Это объясняется тем, что он изначально имеет большую площадь контакта с поверхностью и в нем уже есть свои механические напряжения. В итоге при сгибании или растягивании ситуация для него не сильно изменяется, и он почти не меняет свои свойства. Он словно заранее прошел череду испытаний на прочность. А вот сенсору в форме простой полоски нужно время, чтобы привыкнуть и адаптироваться к внешнему давлению. Поэтому результаты тестов на сгиб хуже у прямых сенсоров.

«Наше исследование играет важную роль в разработке и создании материалов и структур на основе графена для будущей печатной гибкой электроники, а также в конструировании нанопленок и слоев на основе наноструктурированного графена», — подводит итог Надежда Небогатикова, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова Сибирского отделения РАН, старший преподаватель Новосибирского государственного университета.

Источники

Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Uprava.org, 12/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Novosibirsk.4geo.ru, 12/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Газета.Ru, 12/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Новости@Rambler.ru, 12/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
24ТОП.kz (24top.kz), 13/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Российский научный фонд (рнф.рф), 15/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Российский научный фонд (rscf.ru), 15/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Индикатор (indicator.ru), 17/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Seldon.News (news.myseldon.com), 17/11/2019
Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности
Nanonewsnet.ru, 20/11/2019

Похожие новости

  • 13/02/2018

    Новосибирские ученые создали тепловизоры, способные снимать «термофильмы»

    Учёные Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН создали тепловизоры, способные снимать «термофильмы» с частотой 100 кадров в секунду, что открыло широкие возможности для применения этих приборов в биомедицинских исследованиях и диагностике.
    1348
  • 25/04/2016

    Новосибирский физик разрабатывает датчики углекислого газа на основе свето- и фотодиодов

    ​Молодой ученый Института физики полупроводников СО РАН, магистрант​ НГУ Карапет Элоян занимается разработкой датчиков углекислого газа на основе свето- и фотодиодов с использованием антимонидов индия и алюминия.
    2142
  • 25/07/2016

    Новосибирские учёные разрабатывают лазеры в зелёном диапазоне

    ​Сотрудники Института физики полупроводников СО РАН и лаборатории молекулярной фотоники НГУ занимаются одним из самых актуальных на сегодня направлений в области лазерных технологий — созданием зелёных светодиодов и лазерных диодов (за синие светодиоды в 2014 году ученые из Японии и США получили Нобелевскую премию).
    1621
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    1001
  • 14/05/2019

    От электрона к фотону: ИФП СО РАН — 55

    ​​Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова появился в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники и Института радиофизики и электроники. С тех пор ИФП СО РАН остается признанным за рубежом и в России лидером в области создания и производства новых высокотехнологичных материалов, интегратором крупных научно-производственных проектов и коммуникационной площадкой для ученых, преподавателей, представителей индустриального и бизнес-сообщества.
    578
  • 14/09/2017

    10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов»

    ​18-20 декабря 2017 года в новосибирском Академгородке (ИАиЭ СО РАН) состоится 10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов». О конференции Всероссийская конференция "Физика ультрахолодных атомов" является ежегодным научным форумом, имеющим целью обсуждение новых теоретических и экспериментальных результатов в области лазерного охлаждения атомов и ионов, оптических стандартов частоты, ультрахолодных Бозе- и Ферми-газов, нелинейной лазерной спектроскопии.
    2620
  • 05/12/2018

    Автоматика для цехов и проспектов

    ​В Институте автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН прошло совещание по вопросам внедрения разработок института в реальном секторе экономики. Организатором мероприятия выступил департамент промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска.
    952
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    859
  • 16/09/2019

    Как сделать новосибирский Академгородок научной столицей России

    ​15 сентября в здании Новосибирского государственного университета состоялся круглый стол на тему “Академгородок и Академгородки: сегодня и завтра” и мозговой штурм “Как сделать Академгородок научной столицей России”.
    458
  • 04/01/2019

    Юбилей академика Александра Васильевича Латышева

    ​Александр Васильевич Латышев родился 4 января 1959 года в г. Булаево Северо-Казахстанской области. В 1981 году окончил Новосибирский госуниверситет по специальности «физика». Далее — в Институте физики полупроводников им.
    773