Ученым Томского политехнического университета впервые удалось успешно модифицировать сверхтонкий проводник электричества и тепла — графен, комбинируя два метода. В результате был получен материал высокого качества, обладающий свойствами, позволяющими использовать его для нужд гибкой электроники. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Horizons (Q1, IF 14,356).

Напомним, 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.

При этом технологичные методы синтеза и интеграции оксида графена в сложные структуры, позволяющие работать с жидкими суспензиями, по словам ученых, предполагают его модификацию через окисление материала с последующим его восстановлением.

На фото — один из авторов статьи Рауль Родригес

На фото — один из авторов статьи Рауль Родригес

«Но окисление — это очень деструктивный метод, повреждающий саму структуру графена. Кроме того, окисленный графен не проводит электрический ток и не обладает рядом других важных свойств. Также это довольно длительный и энергоемкий способ. В статье «После оксида графена: лазерная модификация функционализированного графена для гибкой электроники» мы описываем, по сути, новую парадигму работы с графеном.

Так, мы использовали графен, функционализированный солями диазония (класс соединений, которые в зависимости от условий способны реагировать с широким рядом поверхностей — ред.), который затем обработали высокоинтенсивным лазерным излучением. Получившийся в результате материал отличается гораздо лучшей проводимостью, стойкостью к деградации и коррозии в воде, отличной устойчивостью на изгиб. Ранее комбинация этих двух методов для модификации графена не использовалась никем», — говорит один из авторов статьи, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.

Исследователи рассказывают, что процесс модификации происходил следующим образом: графит помещали в электролитическую ячейку с раствором солей диазония. Под воздействием электрохимических реакций «чешуйки» материала начинали «отшелушиваться». В результате получается очень стабильная суспензия, с которой легко работать, так как ее можно нанести практически на любую поверхность.

«Суспензия наносилась на полимерные подложки, затем обрабатывалась лазером. Кстати, еще один плюс подобной обработки в том, что она проводится с достаточно высокой точностью. По сути, мы можем «рисовать» лазером структуру на поверхности материала, например, электрические схемы. Затем на основе полученных материалов был сделан ряд сенсоров. Например, сенсор, дыхания человека, который, в перспективе, можно будет встроить, к примеру, в маску, чтобы детектировать дыхание человека, или сенсор, улавливающий содержание этанола в воздухе.

Это очень интересное и масштабное направление, которое мы в дальнейшем планируем использовать для конструирования различных специальных девайсов, использования в «гибкой» электронике и для создания новых материалов. Не зря статья, посвященная проекту, опубликована в журнале, который специализируется на новых горизонтах в химии материалов. Кроме того, она была выбрана на обложку номера, что еще раз подтверждает высокий уровень проводимых исследований», — отмечает участница научной группы, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Евгения Шеремет.

В команде проекта — ученые из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Инженерной школы природных ресурсов ТПУ, а также коллеги из Германии, Голландии, Франции, и Китая.