Ученые Томского политехнического университета вместе с зарубежными коллегами нашли способ модифицировать сверхтонкий проводник электричества и тепла — графен, не разрушая его. Благодаря новому способу ученым удалось синтезировать на образцах графена хорошо структурированный полимер с сильной ковалентной связью. Такой структуре авторы дали название «полимерный ковер», сообщает пресс-служба ТПУ. Вся структура обладает высокой стабильностью, она меньше подвержена деградации со временем, что делает исследование перспективным для развития органической гибкой электроники. Кроме того, если поверх «наноковра» добавить слой дисульфид молибдена, то полученная структура генерирует электрический ток под действием света. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry C (IF: 5,256; Q1).
Графен — одновременно самое прочное, легкое и электропроводящее соединение углерода. Он может использоваться при создании солнечных батарей, экранов смартфонов, гибкой и тонкой электроники и даже в фильтрах для воды, поскольку графеновая пленка пропускает молекулы воды и при этом задерживает все остальные соединения. Для успешного применения графена необходимо встраивать его в сложные структуры. Однако это непросто. Как отмечают ученые, сам по себе графен достаточно стабилен и плохо вступает в реакции с другими соединениями. Чтобы соединить его с другими элементами, то есть модифицировать его, графен разрушают. Это сказывается на свойствах полученных материалов.
«При разрушении графена нужно быть очень осторожным. Если перестараться, то теряются уникальные свойства графена. Поэтому мы решили пойти по другому пути.
В графене есть неизбежные нанодефекты, например, на стыке граней. В такие дефекты часто присоединяются атомы водорода. И вот этот водород может взаимодействовать с другими элементами», — говорит профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Для модификации графена авторы статьи используют тонкую металлическую подложку, на которой размещается слой графена. Затем на графен наносится раствор с молекулами бром-полистирола. Молекулы взаимодействуют с водородом и присоединяются на уже существующие дефекты, в результате получается полигексилтиофен (P3HT). Далее под действием света, в процессе фотокатализа, полимер начинает «расти».
«В итоге мы получили образцы, структура которых напоминает “полимерный ковер”, как мы назвали их в статье. Поверх такого “полимерного ковра” помещается дисульфид молибдена.
За счет уникальной комбинации материалов получается “сэндвич”, который работает как солнечная батарея. То есть, он генерирует электрический ток под действием света.
Наши эксперименты поставлены так, что между молекулами полимера и графеном образуется прочная ковалентная связь — это очень важно для стабильности получаемого материала», — отмечает Рауль Родригес.
По словам исследователя, этот метод модификации графена, с одной стороны, позволяет получать очень прочное соединение, с другой — он достаточно простой и дешевый, так как используются доступные соединения. Кроме того, метод универсальный, он позволяет соединять графен с самыми разными полимерами.
«Прочность полученного соединения достигается и за счет того, что мы не разрушаем сам графен, а используем уже существующие дефекты, и за счет прочной ковалентной связи между молекулами полимера. Это позволяет нам рассматривать исследование как перспективное для развития тонкой и гибкой электроники, когда солнечную батарею можно будет пришить на одежду, и при деформации она не сломается», — поясняет ученый.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение