TPU-onderzoekers hebben samen met hun collega's van buitenlandse universiteiten een methode ontwikkeld die een lasergestuurde integratie van metalen in polymeren mogelijk maakt om elektrisch geleidende composieten te vormen. De onderzoeksresultaten worden gepresenteerd in het artikel Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration "Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration, " gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen .

"Momenteel ontwikkelen we baanbrekende technologieën zoals het internet der dingen, flexibele elektronica, en brain-computer interfaces zullen de komende jaren een grote impact hebben op de samenleving. De ontwikkeling van deze technologieën vereist cruciale nieuwe materialen die superieure mechanische, chemische en elektrische stabiliteit, relatief lage kosten om op grote schaal te produceren, evenals biocompatibiliteit voor bepaalde toepassingen. In deze context, polymeren en een wereldwijd wijdverbreid polyethyleentereftalaat (PET), vooral, zijn van bijzonder belang. Echter, conventionele methoden voor het modificeren van polymeren om de vereiste functionaliteit toe te voegen, als een regel, verander de geleidbaarheid van het gehele polymeervolume, wat hun toepassing voor complexe topologieën van 3-variëteiten aanzienlijk beperkt, " Raúl David Rodriguez Contreras, Hoogleraar TPU Research School of Chemistry and Applied Biomedical Sciences, zegt.

De wetenschappers boden hun methode aan. Eerst, aluminium nanodeeltjes worden afgezet op PET-substraten en, dan, de monsters worden bestraald met laserpulsen. Dus, in de bestraalde gebieden wordt plaatselijk een geleidend composiet gevormd. De onderzoekers kozen voor aluminium omdat het een goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar metaal is. Zilver wordt veel gebruikt als geleider voor flexibele elektronica. Daarom, de verkregen monsters met aluminium nanodeeltjes werden vergeleken met een zilvergeleidende pasta en op grafeen gebaseerde materialen.

"Mechanische stabiliteitstesten (slijtage, impact- en striptests) bewezen dat composieten op basis van aluminium nanodeeltjes andere materialen overtreffen. Bovendien, de materiële structuur zelf bleek erg interessant te zijn. Tijdens laserbewerking, aluminiumcarbide wordt gevormd op monsteroppervlakken. Verder, polymeren induceren de vorming van grafeenachtige koolstofstructuren. Dit effect hadden we niet verwacht. Daarnaast, door het laservermogen aan te passen, we kunnen de geleidbaarheid van het materiaal regelen. In praktijk, met behulp van een laser, het is mogelijk om bijna elke geleidende structuur op het polymeeroppervlak te "tekenen" en deze lokaal geleidend te maken, "Evgenia Sheremet, Hoogleraar van de TPU Research School of High-Energy Physics, verklaart.

Volgens de wetenschappers de laserintegratie van metalen in polymeren werd voor het eerst toegepast in flexibele elektronica. Er zijn methoden gebaseerd op "metaalexplosie" door laser en de toepassing ervan in polymeren met hoge snelheid, maar ze zijn ingewikkelder in termen van technologische implementatie. De methode van de TPU-onderzoekers omvat twee technologische basisstappen:het aanbrengen van nanodeeltjes op het polymeeroppervlak en laserverwerking. In aanvulling, de methode is toepasbaar op een grote verscheidenheid aan materialen.

"Waarvoor kan het worden gebruikt? Ten eerste, het kan worden gebruikt voor flexibele elektronica. Een van de problemen op dit gebied is een lage mechanische stabiliteit van producten. Er zijn veel manieren om het te verbeteren. Echter, normaal gesproken, de verkregen materialen zouden onze tests niet hebben doorstaan. Er is ook fotokatalyse, flexibele sensoren voor robotica, lichtemitterende diodes en biomedische producten behoren tot de potentiële toepassingsgebieden, " leggen de auteurs van het artikel uit.

Verder, het onderzoeksteam is van plan de nieuwe methode te testen op andere materialen zoals zilver, koper, koolstofbuizen en om verschillende polymeren te gebruiken. De wetenschappers van TPU, Universiteit voor elektronische wetenschap en technologie van China, Leibniz Institute of Polymer Research Dresden en de Universiteit van Amsterdam namen deel aan het onderzoekswerk. Het project wordt ondersteund door het TPU Competitiveness Enhancement Program VIU-ISHFVP-198/2020.