• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
23 апреля
Сколтех
286

Ученые нарисовали узор пленкой из углеродных нанотрубок

4.4

Исследователи из Сколтеха, МФТИ и других научных центров нашли быстрый и недорогой способ изготовления узорчатых пленок из углеродных нанотрубок. Такие пленки по ряду свойств лучше, чем сплошные, подходят для производства деталей для устройств связи шестого поколения и гибкой и прозрачной электроники, например нательных фитнес-трекеров.

Сетчатая пленка из углеродных нанотрубок на подложке (слева) может использоваться как оптический электрод (справа сверху) в гибкой и прозрачной электронике, а также как дифракционная решетка (справа внизу) в устройствах связи 6G / Илья Новиков и другие / Chemical Engineering Journal
Сетчатая пленка из углеродных нанотрубок на подложке (слева) может использоваться как оптический электрод (справа сверху) в гибкой и прозрачной электронике, а также как дифракционная решетка (справа внизу) в устройствах связи 6G / © Илья Новиков и другие / Chemical Engineering Journal

Как получить узорчатые пленки — ученые описали в статье в журнале Chemical Engineering Journal. У углеродных нанотрубок, как и у других материалов, есть несколько уровней организации. На атомном уровне одностенную нанотрубку можно представить как свернутый в цилиндр лист графена (слой углерода толщиной один атом). Такие цилиндры слипаются в нити, которые, в свою очередь, образуют структуру третьего уровня — пористую трехмерную сеть. Она может тонким слоем покрывать некоторую поверхность, и это и есть пленка из углеродных нанотрубок. Следующий уровень — модифицировать саму пленку. Например, можно удалить часть материала таким образом, чтобы в результате остался правильный геометрический рисунок.

«Наш коллектив предложил весьма эффективный способ изготовления сетчатых пленок из углеродных нанотрубок. Прежде их получали буквально выжигая дырки в сплошной пленке. Идея в том, что пленка при этом становится прозрачнее ценой не слишком сильного падения электропроводности. В итоге мы имеем прозрачный проводник, к тому же гибкий, — все, что нужно для оптического электрода, который можно использовать в гибкой прозрачной электронике, например носимых биосенсорах для мониторинга пульса, дыхания и насыщения крови кислородом», — рассказал один из авторов исследования, старший преподаватель Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Дмитрий Красников. По словам ученого, такая сетчатая структура также может служить дифракционной решеткой — этот элемент пригодится в устройствах связи 6G.

Существует два основных подхода к изготовлению узорчатых пленок из углеродных нанотрубок. Можно сделать сплошную пленку и выжечь в ней отверстия, потеряв при этом до 90 процентов материала, что не вполне экономично. Или можно сразу изготовить пленку с необходимым узором при помощи высокоточной литографии, но это, опять же, дорого, потому что сам метод сложный, тонкий, включает несколько шагов и, к тому же, требует работы с растворами, а жидкости загрязняют пленку примесями, ухудшая ее свойства.

«У нашего подхода есть ряд преимуществ: воспроизводимость, сравнительная быстрота и дешевизна изготовления, а также гибкость, — пояснил научный руководитель исследования, профессор Альберт Насибулин из Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха. — И мы не используем жидких растворов, что делает метод чище и обеспечивает высокое качество продукта. Если говорить о соотношении прозрачности и проводимости, а это — основной показатель для оптических электродов, то у нашей узорчатой пленки он в 12 раз лучше, чем у сплошной. С этой точки зрения наш метод опережает высокоточную литографию и обеспечивает качество наравне с неэкономным подходом, в котором лишний материал выжигают из пленки. Кроме того, мы можем делать не только сетчатые, но и иные узоры».

Итак, как работает метод? Исследователи вырезают лазером из медной фольги шаблон необходимого рисунка, в данном случае — квадратной сетки. Затем шаблоном перекрывают обычный мембранный фильтр из нитроцеллюлозы и напыляют на него мелкие частицы меди, которые формируют обратный рисунок. Если шаблон убрать и на обработанный таким образом фильтр нанести углеродные нанотрубки, они повторят геометрию шаблона, поскольку частицы меди препятствуют осаждению нанотрубок. Полученную сетчатую структуру можно без труда снять с фильтра: поскольку она не пристает ни к нитроцеллюлозе, ни к меди, достаточно прислонить к ней кусок стекла, резины или другого материала.

Авторами также были протестированы дифракционные свойства структур, приготовленных в виде двумерных решеток на тонком эластичном слое (эластомере). На терагерцовом спектрометре отчетливо регистрировались известные из оптического курса общей физики дифракционные пики, только не в области видимого света, а в терагерцовом диапазоне (длина волны около 1 миллиметра, на шкале электромагнитных волн находится между инфракрасным светом и микроволнами). Растягивая эластичную подложку, авторы продемонстрировали сдвиги дифракционных пиков, вызванные увеличением и уменьшением периода решетки — в точном соответствии с известными оптическими формулами.

«Простота, легкость и относительная дешевизна изготовления структур на основе пленок из нанотрубок в сочетании с эффективным методом квазиоптической (пучок ТГц-излучения падает на решетку в открытом пространстве) ТГц-спектроскопии открывают широкие возможности изготовления и оперативной аттестации самых разных двумерных структур на основе нанотрубок, которые могут сослужить службу при разработке элементов и устройств, использующих ТГц-излучение», — отмечает один из авторов исследования, Борис Горшунов, заведующий лабораторией терагерцовой спектроскопии МФТИ.

Коллектив вскоре планирует обнародовать результаты аналогичных экспериментов с другими геометрическими рисунками — спиралями и концентрическими окружностями. Такие структуры будут полезны для терагерцовой визуализации — перспективной технологии досмотра пассажиров и багажа, контроля качества продукции и медицинской диагностики при помощи безвредного излучения в ТГц-диапазоне. Освещенное в пресс-релизе исследование поддержано грантами Российского научного фонда.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 15:12
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

Вчера, 14:07
МГППУ

Психологи из МГППУ выяснили, что непосредственный контакт глаза в глаза (без слов) существенно влияет на оценку индивидуальных черт незнакомого человека и уровень доверия к нему. Они проверили гипотезу, как меняется представление о незнакомце по фото и при визуальном контакте с ним. Ученые определили, что люди с квадратным типом лица, чаще получают неправильную оценку своего характера от незнакомцев по фотографии. Но независимо от формы лица, повторная оценка после контакта взглядов отличается более положительными индивидуальными чертами.

Вчера, 13:04
Ольга Иванова

Американские ученые показали: стереотип о том, что женщины, склонные заниматься случайным сексом, имеют более низкую самооценку по сравнению с другими дамами, не выдерживает критики.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Вчера, 15:12
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

24 мая
Полина Меньшова

Чрезмерный или неконтролируемый просмотр порноконтента, как правило, связан с особенностями психологического и эмоционального состояния человека. Какие именно факторы вызывают потребность в видео «для взрослых», объяснили специалисты из Австралии.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: