Химики Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) предложили способ модификации углеродных нанотрубок (УНТ) с помощью ферроценил-содержащих олиго- и полисилоксанов, позволяющий создавать на их основе электропроводящие силиконовые композиты с высокой механической гибкостью и эластичностью. Такая разработка может быть перспективна для гибких электронных и оптоэлектронных устройств, сообщается в пресс-релизе СПбГУ.
Немодифицированные материалы часто неравномерно распределяются в полимерной матрице (включая силиконовую) компаундов, ухудшая тем самым свойства получаемого композита. Ученые СПбГУ предложили модифицировать УНТ для придания им электроактивных свойств и обеспечения равномерного распределения в силиконовой основе.
Электропроводящие силиконовые композиты на основе углеродных нанотрубок, модифицированных ферроценил-содержащими олиго- и полисилоксанами Изображение: Регина Исламова, пресс-служба СПбГУ
«Мы предложили прививать на поверхность УНТ электроактивные ферроценил‑содержащие олиго- и полисилоксаны, а затем добавлять такие модифицированные углеродные нанотрубки в силиконовую матрицу. Использование нашей разработки открывает перспективы создания новых гибких полупроводников, электрохимических сенсоров, компонентов батарей, электронных и оптоэлектронных устройств», — сообщила руководитель научной группы «Функциональные полисилоксаны и материалы на их основе» Института химии СПбГУ доктор химических наук, профессор Регина Исламова.
Присутствие ферроценил‑содержащих олиго- и полисилоксанов на поверхности нанотрубок повышает их совместимость с силиконовыми матрицами. При этом в качестве последних можно использовать различные коммерчески доступные силиконовые смеси — как импортные, так и отечественные. Модифицированные структуры обеспечат полезными свойствами любой выбранный вариант.
Кроме того, предложенный подход отличается повышенной безопасностью по сравнению с существующими на сегодняшний день аналогами. В процессе не используются концентрированные кислоты, гамма‑излучение, а также радиоактивные или токсичные реагенты. Благодаря этому вероятность повреждения структуры нанотрубок крайне низкая, что позволяет максимально сохранить их ключевые электрофизические свойства. Важно отметить, что сама процедура безопасна для здоровья исследователей, проводящих ее.
Еще одно преимущество разработки — ее экономичность. Для обработки нанотрубок применяются доступные соединения с относительно низкой себестоимостью, в то время как другие методы часто требуют использования дорогостоящих реагентов.
Предложенный учеными СПбГУ способ также прост и быстр в реализации. Если ранее использовавшиеся подходы обычно включают 4–5 стадий обработки, то данная технология позволяет провести усовершенствование всего за меньшее количество этапов.
Результаты исследования подтверждены патентом, получившим специальный диплом «Признание экспертов» в номинации «Возможность применения в различных отраслях промышленности» конкурса «Успешный патент» 2025 года, проводимого Федеральным институтом промышленной собственности.
Углеродные нанотрубки представляют собой полые структуры из свернутых в цилиндр листов графена. Они обладают высокой электропроводностью, теплопроводностью и механической прочностью. Благодаря этому уникальному набору характеристик углеродные структуры широко используются в качестве добавок в полимерные композиты для придания им специальных электрофизических свойств. В частности, введение нанотрубок в силиконовую матрицу позволяет создавать электропроводящие силиконовые композиты для гибкой электроники.