Благодаря лазерной «сварке» российские ученые создали из углеродных нанотрубок и графена гибридные сети. Теперь они станут тверже в полтора раза и смогут гораздо лучше проводить электрический ток в нано- и биоэлектронике, например в умных часах, фитнес-трекерах и слуховых аппаратах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials.
Углеродные нанотрубки — это прочные проводники тока и тепла, которые широко используются в нано- и биоэлектронике из-за своей устойчивости к скачкам напряжения и механическим повреждениям. Еще одним перспективным материалом является графен, который по своим свойствам очень похож на нанотрубки (из-за одинакового вещества — углерода). Единственное отличие заключается в том, что в графене атомы образуют плоскость, а в нанотрубках она свернута в цилиндр.
Российские физики научились создавать гибридные наноструктуры на основе этих двух материалов. Они использовали два вида нанотрубок: с однослойными стенками и многослойными. Чтобы изучить, как соединение с графеном влияет на свойства нанотрубок, исследователи сделали четыре вида образцов. В первом на кремниевую подложку напыляли тонкий слой из однослойных нанотрубок, во втором — из многослойных. Еще два образца состояли из смеси графена и однослойных или многослойных нанотрубок. После нанесения слоев физики использовали наносварку, чтобы материалы надежно соединились химическими связями. Для этого они воздействовали на образцы лазерным излучением, подававшимся короткими импульсами.
Физики выяснили, что из-за воздействия лазера на поверхности нанотрубок появились небольшие дефекты, но это не помешало увеличивать прочность материалов. Однако те образцы, которые состояли и из нанотрубок, и из графена, были гораздо тверже, чем состоящие из чистых материалов. При этом исследователи также отметили, что электропроводность новых материалов тоже увеличилась: гибридные наноструктуры проводили электрический ток в 1,8 и в 1,4 раза лучше. Это объясняется тем, что большое количество образующихся между графеном и нанотрубками химических связей создает особую сеть для проведения электронов. Сравнивая образцы, ученые отметили, что наилучшие характеристики показывают многослойные гибридные наноструктуры.
«Наше исследование показало, что высокие прочность и электропроводность гибридных материалов позволят использовать их в наноэлектронике, а также в качестве компонентов различных устройств биоэлектроники, так как они помогут повысить точность и скорость их работы. В дальнейшем мы планируем более детально изучить особенности химических связей, образующихся между компонентами гибридных структур, чтобы понять, можно ли еще улучшить их физические характеристики», — рассказывает Ольга Глухова, главный научный сотрудник отдела математического моделирования СГУ имени Н.Г. Чернышевского.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
