Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
Ученые «нарисовали» углеродными нанотрубками датчик деформации и прототип компонента для терагерцовых систем 6G
Дата публикации: 25-08-2026 09:42:00
Ученые «Сколтеха» (группа ВЭБ.РФ) вместе с коллегами из МФТИ, Института общей физики РАН, Харбинского технологического...
Основное содержимое страницы с новостью.
25 Августа 2026 12:42 25 Авг 2026 12:42 |
Ученые «Сколтеха» (группа ВЭБ.РФ) вместе с коллегами из МФТИ, Института общей физики РАН, Харбинского технологического института (Китай) и Университета ИТМО разработали эффективный способ получать узорчатые плёнки из углеродных нанотрубок со сложной геометрией рисунка. Такие плёнки применяются в современных оптических устройствах и датчиках механической деформации для мониторинга целостности конструкций. Новый подход сделает формирование рисунка быстрее и дешевле, уменьшит потерю дорогостоящих нанотрубок при производстве и снизит порог для внедрения этого высокотехнологичного материала в оптические и электронные устройства. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, опубликованы в журнале Light: Advanced Manufacturing. Об этом CNews сообщили представители «Сколтеха».
«Пленки из однослойных углеродных нанотрубок — это материал с выдающимися свойствами, полезными для оптических и электронных устройств, — сказал один из авторов исследования, доцент Центра фотоники и фотонных технологий «Сколтеха» Дмитрий Красников. — Сложность в том, что при изготовлении устройства пленку из нанотрубок нужно структурировать — превратить в проводящий рисунок. Обычно это делают так: сначала наносят сплошную плёнку, а затем вытравливают "лишний“ материал. Однако это довольно расточительно, ведь так можно потерять до 90% нанотрубок, а это материал недешевый. Кроме того, травление ухудшает качество оставшихся нанотрубок. Мы нашли решение получше».
Авторы исследования научились осаждать узорчатые плёнки из нанотрубок в один этап — без потерь материала и без дополнительных реагентов. В основе новой методики лежит прессовка нитроцеллюлозной мембраны — так называется фильтр, широко применяемый в числе прочего в экспериментах молекулярной биологии. Перед осаждением нанотрубок на мембрану её прессуют горячим металлическим трафаретом, на который лазером нанесён негатив желаемого рисунка. Под давлением около 200 мегапаскалей трафарет запечатывает поры фильтра как раз в тех областях, где не должны осаждаться нанотрубки.
Подготовленная таким образом мембрана превращается в прочный многоразовый шаблон-подложку для осаждения однослойных углеродных нанотрубок из газовой фазы. Поток газа с аэрозолем нанотрубок просачивается через мембрану только в тех местах, где её поры не были запечатаны, и именно там оседают нанотрубки — остаётся перенести полученную узорчатую пленку на другую подложку. Важно, что метод не привносит в мембрану органических растворителей и других посторонних веществ, а значит, не требует постобработки для их удаления, исключает загрязнение, сохраняет качество нанотрубок и облегчает последующий перенос плёнки.
«Ключевая идея пришла из аэрозольной науки: однослойные углеродные нанотрубки настолько лёгкие, что их инерцией можно пренебречь, поэтому они следуют за потоком несущего газа, куда бы он ни направлялся. Совместив этот принцип со структурированием мембраны, когда мы попросту закрываем ненужные нам поры, мы позволяем самому потоку газа „рисовать“ узор, осаждая нанотрубки только там, где они нужны, и нигде больше. Ничего не вытравливается, не вводятся ни растворители, ни посторонние материалы, а шаблон можно использовать многократно. По сути, мы превращаем фундаментальное свойство аэрозоля в инструмент прецизионного производства — и именно это делает метод достаточно быстрым, чистым и масштабируемым, чтобы углеродные нанотрубки из лаборатории перешли в реальные оптические и электронные устройства», — сказал один из его авторов, профессор РАН Альберт Насибулин, директор Центра фотоники и фотонных технологий «Сколтеха».
В предыдущей версии методики осаждение нанотрубок на отдельные участки нитроцеллюлозного фильтра блокировалось напылением меди. Однако это накладывало определенные ограничения на геометрию получаемого рисунка: он должен был оставаться непрерывным, без изолированных или слабо связанных между собой элементов. Кроме того, часть меди прилипала к нанотрубкам, ухудшая их свойства. Исключение меди из процесса позволило устранить оба недостатка.
Высокое качество полученных новым методом пленок подтверждают данные оптической и сканирующей электронной микроскопии, а также электрические измерения. Анализ рисунка показал, что линии и промежутки в узорах из нанотрубок точно повторяют геометрию трафарета. В областях, задуманных пустыми, нанотрубки действительно почти полностью отсутствуют. Исследователи также убедились в возможности масштабировать и повторно использовать мембраны: были изготовлены трафареты увеличенного размера, а испытания при многократном использовании показали, что оптические свойства осаждённых плёнок меняются раз от раза не более чем на несколько процентов.
Первый автор работы, стажер-исследователь «Сколтеха» Никита Рагинов: «Новый метод хорошо масштабируется, что открывает перспективы в оптике, электронике и сенсорике». Чтобы продемонстрировать универсальность подхода, научная группа создала устройства двух разных классов, использующие как электрические, так и оптические свойства полученных пленок.
Первое устройство — датчик механической деформации. В нем использована пленка с рисунком в форме змейки-меандра. Когда несущая ее эпоксидная подложка подвергается одноосному растяжению, электропроводность компонента меняется, и устройство «чувствует» деформацию. Примечательно, что изменение проводимости оказалось как минимум втрое больше, чем ранее достигалось аналогичными датчиками деформации на основе однослойных углеродных нанотрубок, полученных традиционными методами. Испытания на протяжении 3 тыс. циклов нагрузки-разгрузки подтвердили стабильный и надёжный отклик на механическое напряжение. Присущая сетям нанотрубок гибкость будет преимуществом в носимой электронике, мягкой робототехнике и мониторинге состояния конструкций — например, в датчиках, встраиваемых в крылья самолётов или опоры мостов.
Второе устройство работает как перестраиваемая линза для управления терагерцовым излучением — этот диапазон, занимающий промежуточное положение между инфракрасным светом и микроволнами, актуален для сетей 6G. Структуру в форме спирали перенесли на тонкую эластомерную плёнку. Получилась своего рода растяжимая линза — дифракционный оптический элемент с чёткой фокусировкой, фокусное расстояние которого можно обратимо перестраивать растяжением без каких-либо изменений в источнике излучения или детекторе. Такая линза способна кодировать информацию в ТГц-системах передачи данных, в том числе в перспективных беспроводных системах 6G.
Помимо ТГц-оптики и высокочувствительных датчиков деформации, исследователи видят перспективы применения в прозрачных проводниках, биоэлектродах, термоэлектрических модулях и нагревательных сетках.
Описанные в пресс-релизе структурированные образцы из углеродных нанотрубок смоделированы в Университете ИТМО и Харбинском технологическом институте, изготовлены в «Сколтехе» и протестированы в МФТИ и Институте общей физики имени А. М. Прохорова РАН.
Схожие новости
Классификация: Наука. Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 10. Тональность: 0. Информативность: 9.3. Источник: www.cnews.ru.