Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ синтезировали углерод-полимерный композит на основе асфальтенов — побочных продуктов нефтепереработки. Новый материал обладает высокой электропроводностью, что делает его перспективным для использования в гибкой электронике. Технология получения композита основана на методе лазерной обработки исходных компонентов. Она энергоэффективна, проста в исполнении и может быть легко масштабирована.

Исследование механизмов лазерной обработки проводилось при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials (Q1; IF:20,1).

Углерод-полимерные композиты — одни из наиболее перспективных материалов в гибкой электронике. Но они имеют ограничения, связанные с недостаточной проводимостью или механической стабильностью. Поэтому перед современной наукой стоит задача получения прочных композитов с улучшенными электрическими свойствами.

Ученые группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий разработали эффективный метод создания новых композитов для гибкой электроники. Он представляет собой технологию переработки тяжелых углеводородных отходов. В качестве исходного материала они использовали асфальтены — высокомолекулярные компоненты, содержащиеся в природных битумах, мазутах, смолах и других нефтяных остатках. Ученые капельным методом нанесли на подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТ) растворы различных асфальтенов, после чего обработали их лазером.

«Под воздействием лазерной энергии происходит процесс дегидрирования — отщепления водорода от молекулы органического соединения. При таком разрушении СН-цепочки высвободившийся углерод используется как «подпитка» для создания графитовой решетки, которая формируется путем удаления кислородсодержащих групп и гетероатомов из асфальтена под влиянием лазера. Это придает сформированному композиту улучшенные свойства», — рассказывает инженер-исследователь Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Илья Петров.

Лазерный подход позволяет использовать в качестве подложки широкий спектр материалов, включая стекло, полимеры, металлы и керамику. В отличие от термического отжига, плазменной и химической обработки, лазерная обработка обеспечивает точный контроль модификации поверхности для создания узоров произвольной формы. При этом объемная структура материала подложки не затрагивается. Это важно, поскольку подложка частично определяет свойства получаемого материала.

Полученный политехниками композит обладает низким поверхностным сопротивлением, однородностью, гибкостью, химической и механической стабильностью. Этот комплекс свойств расширяет потенциал применения композита в гибкой электронике. Он может использоваться в качестве электродного материала для датчиков деформации, электротермических нагревателей, электрохимических датчиков, суперконденсаторов и антенн.

«Технология получения композита, основанного на лазерной обработке асфальтенов, не требует высокоэнергетических процессов, использования сильных кислот и щелочей. Она является экологически чистой, экономически оптимальной, универсальной и легко масштабируемой. Это позволяет ей стать эффективным решением для нефтегазовой отрасли в области утилизации и переработки тяжелых углеводородных отходов в полезные продукты», — подчеркивает руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Рауль Родригес.