_ Oamenii de știință stencil-vopsea nanotub de carbon componente pentru electronice flexibile și transparente

Cercetătorii de la Skoltech, MIPT și din alte părți au găsit o modalitate rapidă și ieftină de a crea modele geometrice în filmele de nanotuburi de carbon. Filmele rezultate s-au dovedit a avea proprietăți superioare pentru fabricarea componentelor pentru dispozitive de comunicație 6G și electronice flexibile și transparente, cum ar fi dispozitivele de urmărire a sănătății portabile. Metoda de modelare este detaliată într-o lucrare din Chemical Engineering Journal.

Ca și alte materiale, nanotuburile de carbon au mai multe niveluri de organizare. Jos, la nivel atomic, un nanotub cu un singur perete poate fi vizualizat ca o foaie 2D de atomi de carbon (grafen) rulați într-un cilindru. Astfel de cilindri se pot lipi împreună, formând fibre mai groase.

Fibrele se pot interconecta într-o rețea 3D vastă, poroasă, acoperind eventual o suprafață sub formă de strat subțire - un film de nanotuburi de carbon. Puteți face un pas mai departe și puteți modifica filmul în sine, de exemplu, îndepărtând o parte din materialul său și impunând astfel un model geometric pe acesta.

„Echipa noastră a venit cu o modalitate foarte eficientă de a face acest lucru și a folosit-o pentru a crea o peliculă de nanotuburi de carbon în formă de plasă. Acest lucru se realiza prin arderea literală a multor găuri într-o peliculă „Avem un conductor transparent care se poate îndoi și aceasta este, practic, definiția unui electrod optic pentru dispozitive electronice transparente flexibile, cum ar fi biosenzorii care monitorizează ritmul cardiac al purtătorului, respirația și oxigenarea sângelui”, coautor al studiului Asistent. Profesorul Dmitry Krasnikov de la Skoltech Photonics a spus, adăugând că structura rețelei poate servi și ca rețea de difracție — o componentă potențial utilă în recepția semnalului 6G.

De acum, există două metode principale pentru producerea de carbon modelat. Filme cu nanotuburi fie faci o peliculă continuă și faci găuri în ea, sacrificând până la 90% din material, ceea ce clar nu este foarte economic. Sau, altfel, trebuie folosită litografia cu adevărat fină pentru a fabrica filmul cu model de la zero.

Dar și acest proces este destul de costisitor și complex, implicând mai multe etape și utilizarea de soluții lichide, care tind să contaminează filmul cu impurități și îi compromit proprietățile.

„Abordarea noastră are o serie de avantaje”, a explicat cercetătorul principal al studiului, profesorul Albert Nasibulin de la Skoltech Photonics. „Este reproductibilă, destul de rapidă și ieftină și versatilă. Nu se folosesc soluții lichide, ceea ce face metoda mai curată și asigură o calitate înaltă. De fapt, raportul transparență-conductivitate al plasei — care este principala sa figură de merit în măsura în care pe măsură ce electrozii optici merg – este de 12 ori mai bun decât cel al unui film continuu.

„Din acest motiv, noua tehnică depășește litografia fină și este la egalitate cu abordarea relativ irosită în care ardeți – și pierdeți !—materialul suplimentar. De asemenea, putem crea și alte modele decât ochiuri.”

Deci, cum funcționează? Mai întâi, cercetătorii fac un șablon de cupru al modelului – în acest caz o plasă pătrată – prin tăierea acestuia din folie de cupru. cu un laser, apoi iau un filtru cu membrană de nitroceluloză, îl acoperă cu șablon și pulverizează particule de cupru pe acesta, creând efectiv un model complementar.

Dacă apoi depuneți nanotuburi de carbon pe filtru. presupuneți modelul de plasă dorit, deoarece cuprul pulverizat îi respinge și, deoarece filmul modelat rezultat nu se lipește nici de cupru, nici de nitroceluloză, este ușor să se transfere pe alt substrat prin simpla apăsare a unei bucăți de cauciuc, sticlă sau alt material. filtrul.

Oamenii de știință au testat proprietățile de difracție ale rețelelor, preparate ca rețele 2D pe un strat subțire de material elastic (elastomer). Un spectrometru terahertz a înregistrat în mod clar vârfurile de difracție familiare din partea optică a oricărui curs de fizică generală, doar că acele vârfuri au fost observate nu în lumina vizibilă, ci în banda de frecvență THz, care corespunde lungimii de undă de aproximativ 1 milimetru și este intermediară între lumina infraroșie. și microunde.

Cercetătorii au întins substratul elastic, variind astfel perioada de rețea și au înregistrat schimbările asociate ale vârfului de difracție, în strictă conformitate cu legile optice cunoscute.

„Ușurința, simplitatea și costul relativ scăzut al structurilor de fabricație bazate pe filme de nanotuburi, combinate cu metoda eficientă de spectroscopie cvasi-optică THz (folosind fascicul de radiație THz incident în spațiu deschis) oferă oportunități vaste de fabricare și testare a performanței a tot felul de bidimensionale. structură bazată pe nanotuburi, care ar putea fi încorporate în diferite dispozitive și componente folosind radiații THz”, a comentat coautorul studiului Boris Gorshunov, care conduce Terahertz Spectroscopy Lab de la MIPT.

Echipa va raporta în curând experimente similare. cu modele geometrice altele decât ochiuri — cercuri concentrice și spirale — pentru imagistica avansată THz. Aceasta se referă la o tehnologie sigură și neinvazivă pentru screening-ul de securitate și examenele medicale, care se bazează pe radiația din banda dintre microunde și lumina infraroșie.

(Fluierul)