Ученые разработали новый электрод, который поможет создавать гибкие смартфо

Ученые Санкт-Петербургского национального исследовательского академического университета имени Ж.И. Алферова РАН совместно с коллегами из Сколтеха создали токопроводящую пленку из углеродных нанотрубок с высокой электропроводностью и лучшими оптическими свойствами по сравнению с известными аналогами. Тонкая прозрачная пленка может стать основой гибких экранов смартфонов и сенсоров для микроэлектроники. Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Результаты научной работы университетов и научно-исследовательских институтов учитываются при выполнении мероприятий нацпроекта «Наука».

Прозрачные электропроводящие пленки, пропускающие видимый свет, используются в дисплеях современной электроники, солнечных элементах, светодиодах и других устройствах. Такие пленки сегодня делают из оксидов металлов — довольно хрупкого материала с ограниченными оптическими свойствами, которые снижают КПД устройства.

«Самый популярный прозрачный электрод — это оксид индия — олова. Но он совсем не гибкий. Хотя есть исследования, подтверждающие, что его можно сделать и гибким, однако тогда он плохо проводит электричество. Мы предложили гибкий прозрачный электрод, который по своим функциональным свойствам превосходит все имеющиеся материалы. Он может быть использован и для создания гибких смартфонов», — сообщил заведующий лабораторией возобновляемых источников энергии Алферовского университета профессор Иван Мухин.

В новом электроде используются пленки из однослойных углеродных нанотрубок, свернутые в бесшовный цилиндр графена, то есть «лист» углерода толщиной в один атом. Это легкий и прочный материал, устойчивый к действию высоких температур и механическим воздействиям. Это особенно важно для применения в гибких дисплеях.

Однако пока углеродные нанотрубки уступают оксиду индия — олова по электропроводности. Чтобы обойти эту проблему, исследователи предложили соединить два слоя нанотрубок, синтезированных учеными из Сколтеха.

«Секрет нашего успеха заключается в создании двухслойного материала: на сплошную, практически не поглощающую свет тонкую пленку наносятся узкие непрозрачные линии из одностенных углеродных нанотрубок, которые играют роль высокопроводящих токосъемников. Комбинация таких структур позволяет значительно уменьшить поверхностное сопротивление материала при заданной прозрачности», — поясняет заведующий лабораторией наноматериалов Сколковского института науки и технологий профессор РАН Альберт Насибулин.

В результате получается электрод, состоящий из тонкого прозрачного слоя с отличными оптическими свойствами, но слабой проводимостью и «темного» слоя с высокой проводимостью, но низкой прозрачностью. Таким образом ученые как бы «прорубили» своеобразные «окна» для света, повысив прозрачность.

Теоретические расчеты и численное моделирование, предсказавшие возможность создать такую двухслойную пленку с оптимальными свойствами, оправдались в эксперименте: новая пленка по своим параметрам превзошла аналоги на основе оксида индия — олова. По словам разработчиков, подобные материалы в перспективе можно использовать не только в гибкой электронике нового поколения, но и для высокоточных медицинских датчиков и солнечных батарей.

2021 год объявлен в России Годом науки и технологий. Это позволит узнать больше о научных достижениях нашей страны и сделать работу ученого более привлекательной для молодежи.

Согласно целям нацпроекта «Наука» Россия должна войти в первую пятерку стран, ведущих разработки в приоритетных областях.