Российские ученые придумали новый способ сделать из стекла электропроводник. Вновь разработанная технология надежнее предыдущей, и для ее реализации достаточно недорогих отечественных материалов. Созданный композит уже протестировали в качестве электрохимического сенсора и нагревательного элемента.
Содержание
Стекло для «умного» использования
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) модифицировали стекло c помощью графена. Такой подход позволяет создавать в любых стеклянных изделиях электропроводящие структуры. По сравнению с существующими аналогами, новое стекло экономически более выгодно, отмечают представители университета.
При его производстве частицы графена становятся не просто покрытием, как это было раньше, а входят в структуру стекла. Такой состав, в отличии от нанопокрытия, невозможно стереть. Это продлевает срок эксплуатации материала. Результаты исследования опубликованы в международном рецензируемом журнале Advanced Materials.
«Чтобы вывести концепцию умных функциональных поверхностей на новый уровень, крайне важно разработать новые стратегии для масштабируемых, недорогих и электропроводящих прочных нанокомпозитов на основе стекла, — пишет научная группа TERS-Team ТПУ. — Графен является привлекательным материалом в качестве токопроводящего наполнителя. Однако качественно и прочно интегрировать его в стекло без энергоемкого спекания, плавления или агрессивных химикатов до сих пор было невозможно. Кроме того, эти методы имеют очень ограниченные возможности для изготовления надежных моделей электронных схем».
Что показывает опыт
В томском проекте проводимость между стеклом и графеном достигается с помощью одноэтапного лазерно-индуцированного обратного переноса (LIBT). Лазер создает высокий нагрев. Этот процесс запускает химические преобразования в стекле: появляются соединения кремния и восстановленного оксида графена (GO, он же оксид графита). Быстрое оперирование лазером позволяет создавать микроструктуры (микросхемные решения).
Справа — Евгения Шеремет, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ
Вместе с генерацией и переносом на нужные позиции восстановленного оксида графена (самого высокого качества на данный момент, как отмечают ученые), происходит и его интеграция в стекло. При достаточном нагреве протекает модификация оксида графена в более проводящее состояние. Нанокомпозит при этом дополнительно оснащают серебром для получения высокочувствительного двухканального плазмонного оптического и электрохимического сенсора.
Ученые также провели опыт с нагревом нового стекла. Материал поместили в камеру, где обеспечивалась стабильная температура выше 300 oС. Спустя двое суток деградации у испытуемого образца не наблюдалось.
Отечественный продукт
Для производства нового стекла подойдут отечественные материалы, отмечают ученые. Достаточно обычного полупроводникового лазера, а графен можно заменить недорогим оксидом графена.
Технология позволяет интегрировать активный материал в уже готовое стекло. Это позволит получать композиты разных размеров и форм с контролируемой электрической проводимостью.
Как ритейлер OBI перешел с Cisco Webex на Webinar Meetings Импортозамещение ВКС 
Как рассказала CNews профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Евгения Шеремет, от идеи до прототипа разработка заняла всего несколько месяцев.
«Зарубежные аналоги существуют, но так как нам удалось использовать для переноса новый в этом смысле материал — оксид графена, то наш вариант в конечном итоге будет дешевле. Оксид графена весьма доступен. Кроме того, важно, что у нас получилось сделать не покрытие, а интегрировать структуру в стекло», — комментирует Шеремет.
Томским ученым удалось первым в мире, как отмечает Евгения Шермет, с помощью лазера изготовить электропроводящий и устойчивый композит на основе графена и стекла. Этот метод позволяет «рисовать» графеном нужные структуры, вплавляемые в стекло на несколько микрометров. Это обеспечивает возможность долговременного использования материала без ухудшения свойств.
Где можно применить суперстекло
Как отмечают ученые, их метод и технология — это первый, но фундаментальный шаг к созданию умного стекла. Новый композит уже протестировали в качестве электрохимического сенсора и нагревательного элемента.
Как перевести обучение сотрудников на российские технологии Импортозамещение ВКС 
«Мы продолжим работать над таким применением нового материала. При дальнейшей оптимизации можно реализовать сенсор зН (датчик кислотности жидкости) или стабильные контакты для солнечных панелей. А также адаптировать технологию для использования с другими материалами.», — сказала CNews Евгения Шеремет.
Однако о коммерческом использовании разработки говорить пока рано, добавляет ученый.
- Лучший российский софт для видеосвязи: ищем замену Teams и Zoom
