Электронный композит из нефтяных отходов

Углерод-полимерные композиты заслуживают всяческого внимания, поскольку хороши для гибкой электроники. Но есть проблемы — они слабо проводят ток, да и прочность оставляет желать лучшего. Специалисты Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета, руководимые ее основателем профессором Раулем Родригесом (Raul D. Rodriguez), создали новые двухслойные композиты, а также исследовали механизм их образования и свойства.

Материалы представляют собой продукт переработки тяжелых углеводородов. Асфальтены — высокомолекулярные соединения, которые содержатся в природных битумах, мазутах, смолах и прочих нефтяных остатках. На гибкую подложку из полиэтилентерефталата ученые наносили капли растворов различных асфальтенов, после чего обрабатывали получившиеся пленки импульсами инфракрасного лазера на гранате с неодимом. В разных режимах облучения они приводили к нагреву от 100 до 1000ºС.

Под воздействием лазера происходит процесс дегидрирования, то есть отщепления водорода от молекулы органического соединения. Исследования разными методами показали, что после этого некоторые углеродные атомы соединяются друг с другом и образуют в слое включения графита. Под воздействием лазерного излучения модифицированные асфальтены прочно сцепляются с подложкой. Это и придает сформированному композиту новые свойства.

Лазерная технология позволяет использовать в качестве подложки не только полимеры, но и стекло, металлы и керамику. В отличие от термического отжига, плазменной или химической обработки воздействие лазером позволяет контролировать изменения поверхности, включая ее форму. При этом подложечный материал остается нетронутым.

Полученный композит однороден, гибок, химически и механически стабилен. У модифицированной пленки низкое поверхностное электросопротивление. Этот комплекс свойств и дает возможность применять композит на полиэтилентерефталате в гибкой электронике. Его можно использовать как материал электродов для датчиков деформации и электрохимических сенсоров, в электротермических нагревателях, суперконденсаторах и антеннах.

Профессор Родригес подчеркивает, что экологически чистая технология не требует сложных процессов, применения сильных кислот и щелочей. Ее легко масштабировать и встроить в технологии микроэлектроники. Гибкая технология также может стать хорошим решением для переработки тяжелых углеводородных отходов нефтегазовой отрасли. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials.