TPU-forskare har tillsammans med sina kollegor från utländska universitet utvecklat en metod som möjliggör en laserdriven integration av metaller i polymerer för att bilda elektriskt ledande kompositer. Forskningsresultaten presenteras i Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration article "Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration, "publicerad i Avancerade funktionella material .

"För närvarande utvecklar vi banbrytande teknik som tingenas internet, flexibel elektronik, och hjärn-dator-gränssnitt kommer att ha stor inverkan på samhället under de närmaste åren. Utvecklingen av denna teknik kräver väsentligt nya material som uppvisar överlägsen mekanisk, kemisk och elektrisk stabilitet, relativt låg kostnad att producera i stor skala, samt biokompatibilitet för vissa applikationer. I detta sammanhang, polymerer och ett globalt utbredt polyetentereftalat (PET), särskilt, är av särskilt intresse. Dock, konventionella metoder för polymermodifiering för att lägga till den nödvändiga funktionaliteten, i regel, ändra konduktiviteten för hela polymervolymen, vilket avsevärt begränsar deras tillämpning för komplexa topologier av 3-fördelare, "Raul David Rodriguez Contreras, Professor vid TPU Research School of Chemistry and Applied Biomedical Sciences, säger.

Forskarna erbjöd sin metod. Först, aluminium nanopartiklar deponeras på PET -substrat och, sedan, proverna bestrålas av laserpulser. Således, en ledande komposit bildas lokalt i de bestrålade områdena. Undersökningarna valde aluminium eftersom det är en billig och lättillgänglig metall. Silver används ofta som ledare för flexibel elektronik. Därför, de erhållna proverna med aluminiumnanopartiklar jämfördes med en silverledande pasta och grafenbaserade material.

"Mekaniska stabilitetstester (nötning, slag- och strippningstester) visade att kompositer baserade på aluminiumnanopartiklar överträffar andra material. Dessutom, själva materialstrukturen visade sig vara mycket intressant. Under laserbehandling, aluminiumkarbid bildas på provytor. Vidare, polymerer inducerar bildandet av grafenliknande kolstrukturer. Vi förväntade oss inte denna effekt. Förutom, genom att justera lasereffekten, vi kan kontrollera materialets konduktivitet. I praktiken, med laser, det är möjligt att "rita" nästan vilken ledande struktur som helst på polymerytan och göra den lokalt ledande, "Evgeniya Sheremet, Professor vid TPU Research School of High-Energy Physics, förklarar.

Enligt forskarna, laserintegrationen av metaller i polymerer användes för första gången i flexibel elektronik. Det finns metoder baserade på "metallexplosion" med laser och dess applicering i polymerer med hög hastighet, men de är mer komplicerade när det gäller teknisk implementering. Metoden för TPU -forskarna innebär två grundläggande tekniska steg:applicering av nanopartiklar på polymerytan och laserbearbetning. Dessutom, metoden är tillämplig på en mängd olika material.

"Vad kan den användas till? Först, den kan användas för flexibel elektronik. Ett av problemen på detta område är en låg mekanisk stabilitet hos produkter. Det finns många sätt att förbättra det. Dock, i vanliga fall, det erhållna materialet skulle inte ha klarat våra tester. Det finns också fotokatalys, flexibla sensorer för robotik, ljusemitterande dioder och biomedicinska produkter bland de potentiella användningsområdena, "förklarar artikelförfattarna.

Vidare, forskargruppen planerar att testa den nya metoden på andra material som silver, koppar, kolrör och för att använda olika polymerer. Forskarna från TPU, University of Electronic Science and Technology of China, Leibniz Institute of Polymer Research Dresden och University of Amsterdam deltog i forskningsarbetet. Projektet stöds av TPU Competitiveness Enhancement Program VIU-ISHFVP-198/2020.