Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ) синтезировали углерод-полимерный композит на основе асфальтенов — побочных продуктов нефтепереработки. Новый материал обладает высокой электропроводностью, что делает его перспективным для использования в гибкой электронике, сообщается в пресс-релизе ТПУ.
Технология получения композита основана на методе лазерной обработки исходных компонентов. Она энергоэффективна, проста в исполнении и может быть легко масштабирована. Исследование механизмов лазерной обработки проводилось при поддержке федеральной программы Минобрнауки «Приоритет-2030».
Углерод-полимерный композит разработки ТПУ может применяться в гибкой электронике за счет улучшенных электрических свойствИзображение: Томский политехнический университет
Углерод-полимерные композиты — одни из наиболее перспективных материалов в гибкой электронике. Но они имеют ограничения, связанные с недостаточной проводимостью или механической стабильностью. Поэтому перед современной наукой стоит задача получения прочных композитов с улучшенными электрическими свойствами.
Ученые капельным методом нанесли на подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) растворы различных асфальтенов, после чего обработали их лазером. Под воздействием лазерной энергии происходит процесс дегидрирования — отщепления водорода от молекулы органического соединения.
При таком разрушении СН-цепочки высвободившийся углерод используется как «подпитка» для создания графитовой решетки, которая формируется путем удаления кислородсодержащих групп и гетероатомов из асфальтена под влиянием лазера. Это придает сформированному композиту улучшенные свойства, рассказывает инженер-исследователь Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Илья Петров.
Лазерная технология позволяет использовать в качестве подложки широкий спектр материалов, включая стекло, полимеры, металлы и керамику. В отличие от термического отжига, плазменной и химической обработки, лазерная обработка обеспечивает точный контроль модификации поверхности для создания узоров произвольной формы. При этом объемная структура материала подложки не затрагивается. Это важно, поскольку подложка частично определяет свойства получаемого материала.
«Технология получения композита, основанного на лазерной обработке асфальтенов, не требует высокоэнергетических процессов, использования сильных кислот и щелочей. Она является экологически чистой, экономически оптимальной, универсальной и легко масштабируемой. Это позволяет ей стать эффективным решением для нефтегазовой отрасли в области утилизации и переработки тяжелых углеводородных отходов в полезные продукты», — подчеркивает руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Рауль Родригес.
Полученный политехниками композит обладает низким поверхностным сопротивлением, однородностью, гибкостью, химической и механической стабильностью. Этот комплекс свойств расширяет потенциал применения композита в гибкой электронике. Он может использоваться в качестве электродного материала для датчиков деформации, электротермических нагревателей, электрохимических датчиков, суперконденсаторов и антенн.