I ricercatori del TPU, insieme ai loro colleghi di università straniere, hanno sviluppato un metodo che consente un'integrazione laser dei metalli nei polimeri per formare compositi elettricamente conduttivi. I risultati della ricerca sono presentati nell'articolo Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration "Ultra-Robust Flexible Electronics by Laser-Driven Polymer-Nanomaterials Integration, " pubblicato in Materiali funzionali avanzati .

"Attualmente lo sviluppo di tecnologie innovative come Internet of Things, elettronica flessibile, e le interfacce cervello-computer avranno un grande impatto sulla società nei prossimi anni. Lo sviluppo di queste tecnologie richiede fondamentalmente nuovi materiali che mostrino caratteristiche meccaniche superiori, stabilità chimica ed elettrica, costo relativamente basso per produrre su larga scala, così come la biocompatibilità per determinate applicazioni. In tale contesto, polimeri e un polietilene tereftalato (PET) diffuso a livello globale, in particolare, sono di particolare interesse. Però, metodi convenzionali di modifica dei polimeri per aggiungere la funzionalità richiesta, di regola, modificare la conduttività dell'intero volume del polimero, che limita significativamente la loro applicazione per topologie complesse di 3-varietà, " Raul David Rodriguez Contreras, Professore della Scuola di Ricerca TPU di Chimica e Scienze Biomediche Applicate, dice.

Gli scienziati hanno offerto il loro metodo. Primo, nanoparticelle di alluminio si depositano su substrati di PET e, poi, i campioni sono irradiati da impulsi laser. Così, nelle zone irradiate si forma localmente un composito conduttivo. I ricercatori hanno scelto l'alluminio perché è un metallo economico e facilmente reperibile. L'argento è spesso usato come conduttore per l'elettronica flessibile. Perciò, i campioni ottenuti con nanoparticelle di alluminio sono stati confrontati con una pasta conduttiva d'argento e materiali a base di grafene.

"Prove di stabilità meccanica (abrasione, test di impatto e stripping) hanno dimostrato che i compositi basati su nanoparticelle di alluminio superano altri materiali. Inoltre, la stessa struttura del materiale si è rivelata molto interessante. Durante la lavorazione laser, carburo di alluminio si forma sulle superfici del campione. Per di più, i polimeri inducono la formazione di strutture di carbonio simili al grafene. Non ci aspettavamo questo effetto. Oltretutto, regolando la potenza del laser, possiamo controllare la conduttività del materiale. In pratica, usando un laser, è possibile "disegnare" quasi qualsiasi struttura conduttiva sulla superficie del polimero e renderla localmente conduttiva, "Evgeniya Sheremet, Professore della Scuola di Ricerca TPU di Fisica delle Alte Energie, spiega.

Secondo gli scienziati, l'integrazione laser dei metalli nei polimeri è stata utilizzata per la prima volta nell'elettronica flessibile. Esistono metodi basati sulla "esplosione di metalli" mediante laser e la sua applicazione in polimeri ad alta velocità, ma sono più complicati in termini di implementazione tecnologica. Il metodo dei ricercatori TPU implica due passaggi tecnologici di base:applicazione di nanoparticelle sulla superficie del polimero e lavorazione laser. Inoltre, il metodo è applicabile a un'ampia varietà di materiali.

"Per cosa può essere usato? In primo luogo, può essere utilizzato per l'elettronica flessibile. Uno dei problemi in questo campo è una bassa stabilità meccanica dei prodotti. Ci sono molti approcci per migliorarlo. Però, normalmente, i materiali ottenuti non avrebbero superato i nostri test. C'è anche la fotocatalisi, sensori flessibili per robotica, diodi emettitori di luce e prodotti biomedicali tra i potenziali campi di applicazione, " spiegano gli autori dell'articolo.

Più avanti, il team di ricerca sta progettando di testare il nuovo metodo su altri materiali come l'argento, rame, tubi di carbonio e di utilizzare vari polimeri. Gli scienziati di TPU, Università di Scienze e Tecnologie Elettroniche della Cina, Al lavoro di ricerca hanno preso parte l'Istituto Leibniz per la ricerca sui polimeri di Dresda e l'Università di Amsterdam. Il progetto è supportato dal Programma di miglioramento della competitività TPU VIU-ISHFVP-198/2020.