Ученые НГТУ НЭТИ разрабатывают научные основы по созданию полимерных композиционных материалов для электроники
Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ работают над созданием новых полимерных композиционных материалов, которые могут использоваться в производстве компонентов для электроники.
Как отмечает руководитель проекта, доцент кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники кандидат технических наук Виталий Кузнецов, традиционные для электроники металлы и полупроводники не подходят для создания гибких электронных устройств, потому что не могут выдерживать большие деформации (изменение формы и размеров электронных компонентов и устройств при изгибе или растяжении). Для данных целей перспективными являются полимерные композиционные материалы. Они обладают высокой гибкостью, легкостью и в ряде случаев достаточно технологичны для формования из них готовых изделий. Кроме того, эти материалы могут быть модифицированы различными добавками, улучшающими их свойства.
«В лабораторных условиях мы модифицируем полимеры. Так, внедряя в диэлектрическую полимерную матрицу электропроводящие наночастицы, например, углеродные нанопластинки или углеродные нанотрубки, мы придаем материалу свойство проводить электрический ток. Кроме того, такая модификация полимеров позволяет улучшить и их другие эксплуатационные характеристики, такие как прочность и гибкость», — рассказал Виталий Кузнецов.
Особенность работы ученых — в комплексном подходе к разработке новых полимерных композиционных материалов для электроники. Кроме практической направленности по созданию новых функциональных материалов для датчиков в электронике, они подробно исследуют и фундаментальную составляющую. Важным при получении композиционных материалов является придание им нужной морфологии (взаимного расположения наночастиц внутри полимерной матрицы) — это один из ключевых факторов, определяющий, какими свойствами будет обладать датчик на выходе.
«Мы, по сути, занимаемся поисковой научной работой — ищем такие сочетания полимер-наполнитель, которые будут максимально эффективны, и пытаемся объяснить, почему они эффективны. Целенаправленно перебирая полимерные матрицы и электропроводящие наполнители, мы создаем разные модификации композитов и смотрим, как меняются свойства материала в зависимости от сочетания матрица-наполнитель. Комплексно анализировать прикладные и фундаментальные свойства получившихся материалов важно для глубокого понимания того, как лучше модифицировать состав, чтобы получить те или иные свойства. Таким образом, мы накапливаем базу знаний, чтобы впоследствии можно было изготовить полимерные композиты под различные задачи. Хотите, например, чтобы у материала была наилучшая прочность, — возьмите вот этот полимер и вот такой наполнитель», — отмечает ученый.
По его словам, на сегодняшний день ни у одного из производителей нет датчиков деформации на основе полимерных композиционных материалов. Данная разработка может стать одной из первых на рынке.
Разработка подходов для создания новых элементов электроники на основе полимерных композиционных материалов ведется Виталием Кузнецовым с соавторами при поддержке гранта Российского научного фонда и правительства Новосибирской области на базе Института неорганической химии им. А. В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН), одними из основных соисполнителей являются сотрудники Байкальского института природопользования СО РАН.
В рамках осуществляемых работ предполагается разработка и всестороннее исследование электропроводящих композитов, которые могут быть использованы в качестве высокотемпературных тензорезисторов, работоспособных в области развитых и повышенных деформаций, а также гибких теплостойких термоэлектрических элементов, газосенсорных элементов.