Ученые ТПУ в составе международного научного коллектива разработали метод создания проводящих узоров на поверхностях разных пластичных полимеров гибкой электроники. По мнению авторов, эта технология позволит создавать композитные материалы на органической основе с добавлением восстановленного оксида графена для увеличения проводимости. Результаты представлены в научном журнале Polymers.

Гибкая электроника – это общий класс электронных устройств, которые можно гнуть, сгибать и сворачивать. К ним относятся как простые проводники, так и электронные устройства и сенсоры, в том числе нательные сенсоры, рассказали специалисты Томского политехнического университета (ТПУ).

Применение элементов гибкой электроники перспективно не только для создания медицинских и спортивных устройств: некоторые промышленные сенсоры, OLED-дисплеи, которые можно скручивать, наконец, электронная кожа с сенсорами давления и температуры для протезирования и робототехники, все эти изобретения включают в себя гибкую электронику, отметили ученые.

На сегодняшний день гибкая электроника не получила массового применения из-за сложностей изготовления механически устойчивых, но, вместе с тем, пластичных материалов. Несмотря на возможность применения печатных, растворных и фотолитографических методов, которые удешевили бы производство гибких электронных изделий, каждая полимерная подложка требует тщательной оптимизации технологии.

Ученые Томского политеха вместе с коллегами из Китая и Австрии разработали практически универсальную технологию обработки любых термопластичных полимеров для создания гибких электронных элементов. Поскольку для таких деталей ключевая характеристика – электропроводность, исследователи предложили способ повышения проводимости за счет введения в полимеры частиц восстановленного оксида графена с помощью лазерного излучения.
«
«Для создания проводящих полимеров мы использовали восемь различных пластиков, включая полиэтилентерефталат (ПЭТ), нейлон, и поливинилиденфторид (ПВДФ). Большинство из них используется для печати на 3D-принтерах, поэтому появляется возможность создавать элементы гибкой электроники на устройствах даже сложной формы с использованием нашей технологии проще и гораздо дешевле, чем существующие, а в использовании они будут надежнее», – рассказала профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.

Участник научной группы ТПУ TERS-Team проводит процесс осаждения оксида графена
Интересная возможность открывается с точки зрения термоформования, то есть изменения формы устройства уже после изготовления проводящего слоя. Ученые продемонстрировали это на примере проводящего браслета для умных часов. Таким образом, им удалось доказать состоятельность предлагаемого подхода, который состоит во введении лазером проводящих частиц на основе графена в полимерную структуру с ее последующим термоформованием.
«Мы подобрали параметры лазера под каждый полимер, и показали, что фазовые переходы и температуры деструкции полимеров определяют успешность подхода. Точный подбор характеристик излучения важен не только для сохранения целостности и консистенции материала-основы, но и для того, чтобы оксид графена перешел в восстановленную форму. В случае успеха мы в строго заданном месте получаем материал для гибкой электроники, который не только проводит ток, но и имеет хорошую механическую стабильность», – отметили ученые.