Новый материал — гибкий углерод-полимерный композит на основе побочных продуктов нефтепереработки, асфальтенов, создали ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ), сообщает 9 апреля пресс-служба вуза.

Синтезированный группой химиков TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ композит, обладающий высокой электропроводностью, перспективен для использования в гибкой электронике.

Сам синтез ученые вели за счет взаимодействия энергии лазера с асфальтенами и полиэтилентерефталатом (ПЭТ, из него, в частности, изготавливают бутылки для воды и других напитков). В результате был создан новый материал с уникальными свойствами. Такая технология синтеза проста, энергоэффективна и может быть легко масштабирована для целей промышленного производства.

Результаты исследования нового материала и технологии его синтеза ученые представили в статье «Превращение нефтяных отходов в высокопроводящие композиты: создание гибкой электроники благодаря лазерной обработке асфальтенов», опубликованной в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials (Q1; IF: 20,1).

Обращение ученых к вопросам синтеза углерод-полимерных композитов было обусловлено тем, что они являются наиболее перспективными для применения в гибкой электронике. Однако у этих материалов обычно недостаточно высоки проводимость и механическая стабильность.

Исследование томских политехников как раз и решало задачу получения недорогих, но прочных композитов с улучшенными электрическими свойствами. Для удешевления нового материала ими было решено использовать в его синтезе тяжелые углеводородные отходы, асфальтены — высокомолекулярные компоненты природных битумов, мазутов, смолах и других нефтяных остатков.

Ученые капельным методом нанесли на подложку из ПЭТ растворы различных асфальтенов и обработали их лазером. Энергия лазера инициировала процесс дегидрирования — произошло отщепление водорода от СН-цепочек молекулы этого полимера.

Высвободившийся углерод под влиянием лазера далее сформировался в графитовую решетку за счет произошедшего удаления из асфальтена кислородсодержащих групп и гетероатомов. Графитовые структуры в созданном композите придали ему улучшенные свойства, пояснил инженер-исследователь, первый автор статьи Илья Петров.

Применение для синтеза композита лазерной технологии позволяет использовать в качестве подложки различные материалы, например, стекло, полимеры, металлы и керамику.

При этом такая технология делает возможным, модифицируя лазером поверхность, создавать на ней узоры произвольной формы, не затрагивая объемную структуру материала подложки. Что, в свою очередь, позволяет сохранить его механические свойства в получаемом композите.

В результате синтезированный композит имеет низкое поверхностное сопротивление, высокую однородность, гибкость, химическую и механическую стабильность. Это расширяет область его применения — не только в гибкой электронике, но также в качестве материала для изготовления электродов датчиков деформации, электротермических нагревателей, электрохимических датчиков, суперконденсаторов и антенн, считают разработчики.

Руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес отмечает:

«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».