В Саратове создали пленку для «протезирования» органов
Пленку с уникальными свойствами для гибкой углеродной электроники создали физики СГУ в составе исследовательского коллектива.
Материал сохраняет свои характеристики даже при растяжении до 40 процентов и может найти применение в медицине. Результаты представлены в Crystals.
Перспективным направлением в наноэлектронике является разработка полностью углеродных устройств, в основе которых лежат не традиционные полупроводники и металлы, а углеродные пленки. Такие пленки — один из наиболее обсуждаемых наноматериалов последних лет, рассказали в Саратовском национальном исследовательском государственном университете имени Н.Г. Чернышевского (СГУ). Они обладают высокой проводимостью, прочностью и гибкостью, благодаря чему их используют в производстве полевых транзисторов, датчиков, диодов.
Пленки также открывают путь к созданию гибкой и прозрачной нательной электроники. За счет растяжимости материал повторяет движение тела, не теряя проводимость. Кроме того, пленки можно использовать как «заплатки на сердце». При каждом сокращении сердечной мышцы материал растягивается, но сохраняет свою структуру, что обеспечивает стабильную работу «протеза».
В СГУ отметили, что пленки могут состоять, например, из монослойного графена (супертонкого материала с толщиной слоя в один атом) и однослойных углеродных нанотрубок (цилиндрических «решеток» из атомов углерода).
«Гибриды отлично подходят для создания углеродных пленок, потому что состоят из 1D-структур (углеродных нанотрубок) и 2D-структур (графена). Когда они соединяются, появляются новые свойства. То есть мы можем за счет различных концентраций настраивать нужное нам свойство: проводимость, прозрачность, растяжимость», — объяснила одна из авторов исследования, заведующая кафедрой радиотехники и электродинамики СГУ Ольга Глухова.
С помощью компьютерного моделирования ученые СГУ, МИЭТ и Сеченовского университета получили углеродную пленку с уникальными свойствами.
«Располагая графен и нанотрубки определенным образом и подбирая структурные параметры нанотрубки, можно добиваться многократного увеличения электрической проводимости в одном направлении токопереноса, и ее снижения в перпендикулярном направлении», — рассказала Глухова.
Исследователи установили, что наибольший контроль над электропроводностью обеспечивает конфигурация с так называемой топологией островкого типа. В таких структурах нанотрубки и графен располагаются внахлест, формируя зоны повышенной углеродной плотности, что увеличивает электропроводность пленки.
«В одной из конфигураций сопротивление пленки в одном направлении оказалось в 37 раз меньше, чем в перпендикулярном», — отметила эксперт.
Таким образом, исследование показало, что предлагаемый материал проводит ток в одном направлении лучше, чем в другом (анизотропные проводники). Как пояснили в СГУ, на основе полученной пленки с настраиваемыми электропроводными свойствами уже в ближайшем будущем возможно будет создать элементную базу наноэлектронных устройств.
Работа поддержана грантом Российского научного фонда.
