Forskere udvikler en effektiv metode til at skabe højstyrkematerialer til fleksibel elektronik

TPU-forskere har sammen med deres kolleger fra udenlandske universiteter udviklet en metode, der giver mulighed for en laserdrevet integration af metaller i polymerer for at danne elektrisk ledende kompositter. Forskningsresultaterne er præsenteret i Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration artiklen "Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration, " offentliggjort i Avancerede funktionelle materialer .

"Udvikler i øjeblikket banebrydende teknologier såsom tingenes internet, fleksibel elektronik, og hjerne-computer-grænseflader vil have stor indflydelse på samfundet i de næste par år. Udviklingen af ​​disse teknologier kræver afgørende nye materialer, der udviser overlegen mekanisk, kemisk og elektrisk stabilitet, forholdsvis lave omkostninger at producere i stor skala, samt biokompatibilitet til visse applikationer. I denne sammenhæng, polymerer og et globalt udbredt polyethylenterephthalat (PET), i særdeleshed, er af særlig interesse. Imidlertid, konventionelle metoder til polymermodifikation for at tilføje den nødvendige funktionalitet, som regel, ændre ledningsevnen af ​​hele polymervolumenet, hvilket væsentligt begrænser deres anvendelse til komplekse topologier af 3-manifolds, " Raul David Rodriguez Contreras, Professor ved TPU Research School of Chemistry and Applied Biomedical Sciences, siger.

Forskerne tilbød deres metode. Først, aluminium nanopartikler aflejres på PET-substrater og, derefter, prøverne bestråles med laserimpulser. Dermed, en ledende komposit dannes lokalt i de bestrålede områder. Forskerne valgte aluminium, fordi det er et billigt og let tilgængeligt metal. Sølv bruges ofte som leder til fleksibel elektronik. Derfor, de opnåede prøver med aluminium nanopartikler blev sammenlignet med en sølv ledende pasta og grafen-baserede materialer.

"Mekaniske stabilitetsprøver (slid, slag- og stripningstests) viste, at kompositter baseret på aluminiumnanopartikler overgår andre materialer. I øvrigt, selve materialestrukturen viste sig at være meget interessant. Under laserbehandling, aluminiumcarbid dannes på prøveoverflader. Desuden, polymerer inducerer dannelsen af ​​grafenlignende kulstofstrukturer. Vi forventede ikke denne effekt. Udover, ved at justere lasereffekten, vi kan kontrollere materialets ledningsevne. I praksis, ved hjælp af laser, det er muligt at "tegne" næsten enhver ledende struktur på polymeroverfladen og gøre den lokalt ledende, "Evgeniya Sheremet, Professor ved TPU Research School of High-Energy Physics, forklarer.

Ifølge forskerne, laserintegration af metaller i polymerer blev brugt i fleksibel elektronik for første gang. Der er metoder baseret på "metaleksplosion" med laser og dens anvendelse i polymerer med høj hastighed, men de er mere komplicerede med hensyn til teknologisk implementering. TPU-forskernes metode indebærer to grundlæggende teknologiske trin:påføring af nanopartikler på polymeroverfladen og laserbehandling. Ud over, metoden er anvendelig til en bred vifte af materialer.

"Hvad kan det bruges til? For det første, den kan bruges til fleksibel elektronik. Et af problemerne på dette område er en lav mekanisk stabilitet af produkter. Der er mange tilgange til at forbedre det. Imidlertid, normalt, de opnåede materialer ville ikke have bestået vores tests. Der er også fotokatalyse, fleksible sensorer til robotteknologi, lysemitterende dioder og biomedicinske produkter blandt de potentielle anvendelsesområder, " forklarer artiklens forfattere.

Længere fremme, forskerholdet planlægger at teste den nye metode på andre materialer såsom sølv, kobber, kulstofrør og at bruge forskellige polymerer. Forskerne fra TPU, Kinas universitet for elektronisk videnskab og teknologi, Leibniz Institute of Polymer Research Dresden og University of Amsterdam deltog i forskningsarbejdet. Projektet er støttet af TPU Competitiveness Enhancement Program VIU-ISHFVP-198/2020.