Vědci z Technické univerzity v Dánsku dosáhli významného pokroku ve vědě o materiálech tím, že úspěšně integrovali ultratenké oxidové membrány na flexibilní kovové substráty. To otevírá příležitosti pro nositelné senzory nové generace, skládací displeje a adaptabilní energetická zařízení – technologie, které byly dříve omezeny tuhostí těchto výkonných materiálů.
Problém pružných oxidů
Komplexní oxidy – sloučeniny, které kombinují kyslík s kovy, jako je mangan, titan a nikl – jsou extrémně univerzální. Vykazují jedinečné vlastnosti včetně magnetismu, feroelektriky a laditelného elektronického chování, díky čemuž jsou ideální pro pokročilou elektroniku, energetické aplikace a snímání. Tradičně se však tyto oxidy pěstovaly na neohebných substrátech, což značně omezovalo jejich použití v ohebných nebo roztažitelných zařízeních.
Průlom spočívá ve vytvoření volně stojících oxidových membrán, které mohou pevně přilnout k flexibilním substrátům bez praskání nebo odlupování. Profesor Dae-Sung Park vysvětluje: „Hlavním úspěchem je úspěšná integrace volně stojících monokrystalických oxidových membrán na polymerní substráty potažené nitridem titanu (TiN). To znamená, že materiály lze nyní navrhovat tak, aby se ohýbaly a natahovaly při zachování jejich funkčnosti.
Nitrid titanu: klíč k adhezi
Výzkumníci zdokonalili výrobní proces membrány, aby minimalizovali defekty, a poté testovali přilnavost k různým kovům, včetně zlata, platiny a nitridu titanu (TiN). Výsledky ukázaly, že TiN byl výrazně lepší než ostatní kovy. Oxidové membrány se pevně spojily s polymery potaženými TiN a vydržely až 1% namáhání, aniž by se oddělily.
Úspěch se připisuje silné chemické interakci mezi oxidem a TiN. “Dochází k tomu v důsledku silné mezifázové interakce mezi oxidem a TiN,” říká Park, což znamená, že se materiály spojují na molekulární úrovni a vytvářejí stabilitu napětí. Tým testoval LSMO, oxid, jehož magnetické a elektronické vlastnosti lze změnit deformací, což dokazuje, že flexibilní zařízení lze nyní vyladit jejich roztažením nebo stlačením.
Široká škála aplikací a budoucího výzkumu
Tato inovace má dalekosáhlé důsledky. Důrazné inženýrství oxidů na flexibilních substrátech by mohlo vést ke vylepšené flexibilní elektronice, nositelným lékařským senzorům, skládacím displejům a pokročilým systémům pro získávání energie. Schopnost vyladit vlastnosti materiálu prostřednictvím deformace otevírá dveře laditelnému magnetismu, laditelné vodivosti a zvýšené katalytické aktivitě – potenciálně přináší revoluci nejen ve spotřební elektronice, ale také v ukládání energie, paměťových technologiích a neuromorfních výpočtech.
Výzkumný tým plánuje rozšířit výrobu, aby vytvořil větší, bezchybné membrány a prozkoumal stohování různých oxidových vrstev pro ještě složitější struktury. „Náš budoucí výzkum se zaměřuje na vývoj velkých, bezchybných membrán, vytváření složitých heterostruktur naskládáním a kroucením a zkoumání výsledných fyzikálních jevů,“ říká profesor Nini Prids.
Tento průlom nakonec překonává hlavní překážku ve vědě o materiálech a přesouvá potenciál pokročilých oxidů z laboratoře do praktických, ohebných zařízení, která se mohou stát nedílnou součástí každodenního života.
