Ученым Томского политехнического университета впервые удалось успешно модифицировать графен, комбинируя два метода: функционализацию солями диазония и лазерную обработку. В результате был получен материал высокого качества, обладающий свойствами, которые позволяют использовать его в гибкой электронике. Статья о результатах исследования «После оксида графена: лазерная модификация функционализированного графена для гибкой электроники» была опубликована в журнале Materials Horizons (Q1, IF 14,356) и выбрана на обложку номера.
Графен — самое прочное и легкое электропроводящее соединение углерода. Он может использоваться для производства 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.
Применяемые методы синтеза и интеграции оксида графена в сложные структуры, позволяющие работать с жидкими суспензиями, предполагают окисление материала с последующим его восстановлением. Однако окисление — очень деструктивный метод, повреждающий структуру графена. Кроме того, окисленный графен не проводит электрический ток и не обладает рядом других важных свойств. К недостаткам метода также относятся его продолжительность и энергоемкость.
«Мы использовали графен, функционализированный солями диазония, 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.
В процессе модификации исследователи помещали графит в электролитическую ячейку с раствором солей диазония. Под воздействием электрохимических реакций «чешуйки» материала начинали «отшелушиваться». Получившуюся стабильную суспензию можно нанести практически на любую поверхность.
«Суспензию наносили на полимерные подложки, затем обрабатывали лазером. Кстати, еще один плюс в том, что обработка проводится с высокой точностью. По сути, мы можем «рисовать» лазером структуру на поверхности — например, электрические схемы», — рассказывает участница научной группы, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Евгения Шеремет.
На основе полученных материалов был сделан ряд сенсоров — сенсор дыхания человека, который можно встроить в маску, а также сенсор, улавливающий содержание этанола в воздухе. В дальнейшем модифицированный графен планируется использовать для конструирования различных специальных девайсов, использования в гибкой электронике и создания новых материалов.
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.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение