Ученые из Школы химических и биомедциинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ) синтезировали углерод-полимерный композит на основе асфальтенов — побочных продуктов нефтепереработки. Благодаря высокой электропроводности новый материал можно использовать в гибкой электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials.
Углерод-полимерные композиты благодаря сочетанию гибкости и прочности являются одним из наиболее перспективных материалов для производства дисплеев и сенсоров, однако их применение сдерживается недостаточной проводимостью. Ученые из Томского политеха попытались решить эту проблему за счет асфальтенов — высокомолекулярных компонентов, содержащихся в природных битумах, мазутах, смолах и других нефтяных остатках.
Авторы капельным методом нанесли на подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТ) растворы различных асфальтенов, после чего обработали их лазером. «Под воздействием лазерной энергии происходит процесс дегидрирования — отщепления водорода от молекулы органического соединения. При таком разрушении СН-цепочки высвободившийся углерод используется как «подпитка» для создания графитовой решетки, которая формируется путем удаления кислородсодержащих групп и гетероатомов из асфальтена под влиянием лазера. Это придает сформированному композиту улучшенные свойства», — цитирует Томский политех одного из авторов исследования Илью Петрова.
Лазерный подход позволяет использовать в качестве подложки широкий спектр материалов, включая стекло, полимеры, металлы и керамику. В отличие от термического отжига, а также плазменной и химической обработки, лазерная обработка обеспечивает точный контроль модификации поверхности для создания узоров произвольной формы. При этом объемная структура подложки не затрагивается, что благотворно влияет на свойства композита.
Композит, полученный по итогам исследования, отличается низким поверхностным сопротивлением, а также однородностью, гибкостью и механической стабильностью. Благодаря этим свойствам его можно использовать в качестве электродного материала для датчиков деформации, электротермических нагревателей, а также суперконденсаторов и антенн.
«Технология получения композита, основанного на лазерной обработке асфальтенов, не требует высокоэнергетических процессов, использования сильных кислот и щелочей. Она является экологически чистой, экономически оптимальной, универсальной и легко масштабируемой. Это позволяет ей стать эффективным решением для нефтегазовой отрасли в области утилизации и переработки тяжелых углеводородных отходов в полезные продукты», — цитирует Томский политех руководителя проекта, профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Рауля Родригеса.
