В России создали революционное для электроники электропроводящее стекло с графеном
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) модифицировали стекло c помощью графена. Такой подход позволяет создавать в любых стеклянных изделиях электропроводящие структуры. По сравнению с существующими аналогами, новое стекло экономически более выгодно, отмечают представители университета.
При его производстве частицы графена становятся не просто покрытием, как это было раньше, а входят в структуру стекла. Такой состав, в отличии от нанопокрытия, невозможно стереть. Это продлевает срок эксплуатации материала. Результаты исследования опубликованы в международном рецензируемом журнале Advanced Materials.
«Чтобы вывести концепцию умных функциональных поверхностей на новый уровень, крайне важно разработать новые стратегии для масштабируемых, недорогих и электропроводящих прочных нанокомпозитов на основе стекла, — пишет научная группа TERS-Team ТПУ. — Графен является привлекательным материалом в качестве токопроводящего наполнителя. Однако качественно и прочно интегрировать его в стекло без энергоемкого спекания, плавления или агрессивных химикатов до сих пор было невозможно. Кроме того, эти методы имеют очень ограниченные возможности для изготовления надежных моделей электронных схем».
В томском проекте проводимость между стеклом и графеном достигается с помощью одноэтапного лазерно-индуцированного обратного переноса (LIBT). Лазер создает высокий нагрев. Этот процесс запускает химические преобразования в стекле: появляются соединения кремния и восстановленного оксида графена (GO, он же оксид графита). Быстрое оперирование лазером позволяет создавать микроструктуры (микросхемные решения).
Вместе с генерацией и переносом на нужные позиции восстановленного оксида графена (самого высокого качества на данный момент, как отмечают ученые), происходит и его интеграция в стекло. При достаточном нагреве протекает модификация оксида графена в более проводящее состояние. Нанокомпозит при этом дополнительно оснащают серебром для получения высокочувствительного двухканального плазмонного оптического и электрохимического сенсора.
Ученые также провели опыт с нагревом нового стекла. Материал поместили в камеру, где обеспечивалась стабильная температура выше 300 С. Спустя двое суток деградации у испытуемого образца не наблюдалось.
Для производства нового стекла подойдут отечественные материалы, отмечают ученые. Достаточно обычного полупроводникового лазера, а графен можно заменить недорогим оксидом графена.
Технология позволяет интегрировать активный материал в уже готовое стекло. Это позволит получать композиты разных размеров и форм с контролируемой электрической проводимостью.
Как рассказала профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Евгения Шеремет, от идеи до прототипа разработка заняла всего несколько месяцев.
«Зарубежные аналоги существуют, но так как нам удалось использовать для переноса новый в этом смысле материал — оксид графена, то наш вариант в конечном итоге будет дешевле. Оксид графена весьма доступен. Кроме того, важно, что у нас получилось сделать не покрытие, а интегрировать структуру в стекло», — комментирует Шеремет.
Томским ученым удалось первым в мире, как отмечает Евгения Шермет, с помощью лазера изготовить электропроводящий и устойчивый композит на основе графена и стекла. Этот метод позволяет «рисовать» графеном нужные структуры, вплавляемые в стекло на несколько микрометров. Это обеспечивает возможность долговременного использования материала без ухудшения свойств.
Как отмечают ученые, их метод и технология — это первый, но фундаментальный шаг к созданию умного стекла. Новый композит уже протестировали в качестве электрохимического сенсора и нагревательного элемента.
«Мы продолжим работать над таким применением нового материала. При дальнейшей оптимизации можно реализовать сенсор pH (датчик кислотности жидкости) или стабильные контакты для солнечных панелей. А также адаптировать технологию для использования с другими материалами.», — сказала Евгения Шеремет.
Однако о коммерческом использовании разработки говорить пока рано, добавляет ученый.
Сообщение В России создали революционное для электроники электропроводящее стекло с графеном появились сначала на Время электроники.