Сверхзвуковое напыление даёт новый наноматериал для гибкой электроники

Простой и дешёвый способ получения перспективного тонкопленочного материала для гибких дисплеев и солнечных батарей, носимой электроники и «электронной кожи» разработан международным коллективом специалистов в нанотехнологиях из Университета Иллинойса в Чикаго (UIC) и Корейского университета.

Новая сверхтонкая плёнка, о которой рассказывает публикация в Advanced Functional Materials, прозрачна, хорошо проводит электрический ток, может сгибаться и растягиваться. Такую функциональность обеспечивают составляющие пленку длинные и тонкие наночастицы серебра.

Как сообщил главный автор статьи, Александр Ярин, заслуженный (distinguished) профессор машиностроения UIC, при длине приблизительно 20 мкм серебряные наночастицы имеют диаметр в тысячу раз меньше. За счёт того, что длина волн видимого света существенно превосходит толщину этих наночастиц, рассеяние сведено к минимуму и по прозрачности такая плёнка не уступает стеклу.

Для её получения исследователи сначала образовали взвесь наночастиц в воде, а затем продули их воздухом через сопло Лаваля. Геометрически оно подобно соплу сверхзвукового самолёта, но в диаметре имеет всего несколько миллиметров.

За время полёта распылённая жидкость испарялась. Наночастицы сталкивались с поверхностью на сверхзвуковой скорости и сплавлялись между собой с помощью тепла, в которое преобразовывалась их кинетическая энергия.

Авторы экспериментально установили, что оптимальная скорость истечения из сопла составляет 400 м/с. При более высокой скорости энергия слишком велика и приводит к разрыву нанопроводников, медленный же поток не выделяет при столкновении с поверхностью достаточно тепла, чтобы сплавить вместе наночастицы.

Свой метод учёные использовали для нанесения нанопроводов на гибкие пластиковые плёнки и на трёхмерные объекты произвольной формы. Полученные прозрачные плёнки сохраняли свои электрические, механические и оптические свойства даже после многократного сгибания-разгибания и растяжения в семь раз больше оригинальной длины.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365