Ученые Томского политеха нашли способ превращать одну и ту же заготовку в разные материалы с помощью лазера. В зависимости от режима обработки исходный образец становится либо медным композитом, либо гибридом меди с графеном. И главное — полученные материалы уже обладают идеальными свойствами: прочные, гибкие, не окисляются и не требуют защитной пленки. В будущем их можно использовать для сверхчувствительных датчиков и «умной» электроники.
Лазерное спекание и 3D-печать сегодня активно используются для создания гибкой электроники — датчиков, антенн, термочувствительных элементов. Методы точны и экономичны, но у них есть фатальный недостаток: после обработки материалы становятся уязвимыми. Они окисляются, плохо держатся на подложке и теряют свойства при малейшем изгибе или контакте с водой. Томские ученые предложили способ это исправить.
Ученые Томского политеха (команда TERS-Team) придумали, как с помощью лазера в один шаг превращать обычные наночастицы меди на пластиковой подложке в полезные материалы. В зависимости от мощности луча получается либо прочный медь-полимерный композит (он сам себя защищает от внешней среды), либо гибкий материал с графеном. И всё это на обычной полимерной пленке, сообщили в пресс-службе вуза.
Профессор ТПУ Рауль Родригес объяснил, как работает новая технология: «Секрет — в точной настройке мощности лазера. Если дать луч умеренной силы, наночастицы меди плавятся и покрываются полимерной оболочкой. Получается композит, который не боится влаги и перепадов температуры. А если мощность увеличить, медь работает как катализатор и помогает создавать графен прямо из пластика. И в том, и в другом случае материал остается гибким и проводит ток».
Испытания подтвердили надежность разработки: материалы выдержали настоящую «пытку» влагой и жарой. Они не разрушались после 100 циклов сгибания в условиях тропической влажности (95%) при 70°C в течение трех суток, а также не потеряли свойств после десяти дней в почти кипящей влажной среде при 40°C. Для гибкой электроники это выдающийся результат.
Разработанный метод томские политехники уже применили на практике: они создали гибкие сенсоры из никеля, меди и лазер-индуцированного графена. Испытания показали, что новые материалы не уступают, а по ряду параметров превосходят существующие аналоги на полимерной основе.
Профессор ТПУ Евгения Шеремет объяснила, почему новая технология удобна для производства: лазер позволяет обрабатывать как микроскопические участки (десятки микрон), так и сразу большие зоны в несколько квадратных сантиметров. А главное — настраивать свойства материала простым изменением мощности. Например, ученые сделали гибкую термопару из одних и тех же медных наночастиц: просто обработали один конец лазером посильнее, другой послабее — и получили готовый датчик температуры.
Работа томских ученых выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда. Результаты исследования уже опубликованы в авторитетном международном журнале ACS Applied Materials & Interfaces.