Вченим Технічного університету Данії вдалося досягти значного прогресу в матеріалознавстві, успішно інтегрувавши ультратонкі оксидні мембрани на гнучкі металеві підкладки. Це відкриває можливості для створення датчиків нового покоління, складних дисплеїв і адаптованих енергоустроїв — технологій, які раніше були обмежені жорсткістю цих потужних матеріалів.
Проблема гнучких оксидів
Складні оксиди – сполуки, що поєднують кисень з металами, такими як марганець, титан і нікель – мають виняткову універсальність. Вони демонструють унікальні властивості, включаючи магнетизм, сегнетоелектрику та електронну поведінку, що настроюється, що робить їх ідеальними для передової електроніки, енергетичних додатків і сенсорики. Однак традиційно ці оксиди вирощувалися на негнучких підкладках, що серйозно обмежувало їх використання в пристроях, що згинаються або розтягуються.
Прорив полягає у створенні вільно стоять оксидних мембран, які можуть міцно прилипати до гнучких підкладок без тріщин або відшаровування. Професор Де-Сунг Парк пояснює: «Основним досягненням є успішна інтеграція монокристалічних оксидних мембран, що вільно стоять, на підкладки з полімеру з покриттям з нітриду титану (TiN)». Це означає, що матеріали тепер можна створювати так, щоб вони згиналися та розтягувалися, зберігаючи при цьому свою функціональність.
Нітрид титану: ключ до адгезії
Дослідники вдосконалили процес виготовлення мембран, щоб мінімізувати дефекти, а потім протестували адгезію до різних металів, включаючи золото, платину та нітрид титану (TiN). Результати показали, що TiN значно перевершує інші метали. Оксидні мембрани міцно зв’язувалися з полімерами з покриттям TiN і витримували деформацію до 1% без від’єднання.
Успіх пояснюється сильною хімічною взаємодією між оксидом і TiN. “Це відбувається завдяки сильній міжфазній взаємодії між оксидом і TiN”, – стверджує Парк, тобто матеріали зв’язуються на молекулярному рівні, створюючи стабільність при напрузі. Команда протестувала LSMO, оксид, магнітні та електронні властивості якого можна змінювати при деформації, довівши, що гнучкі пристрої тепер можна налаштовувати, розтягуючи або стискаючи їх.
Широкий спектр застосувань та майбутні дослідження
Це нововведення має далекосяжні наслідки. Напружене конструювання оксидів на гнучких підкладках може призвести до покращеної гнучкої електроніки, носимих медичних датчиків, складних дисплеїв і передових систем збору енергії. Можливість регулювати властивості матеріалів за допомогою деформації відкриває двері для регульованого магнетизму, провідності, що налаштовується, і підвищеної каталітичної активності — потенційно революціонізуючи не тільки споживчу електроніку, а й зберігання енергії, технології пам’яті та нейроморфні обчислення.
Дослідницька група планує масштабувати виробництво для створення більших, бездоганних мембран та вивчити укладання різних оксидних шарів для ще більш складних структур. “Наші майбутні дослідження зосереджені на розробці великих, бездоганних мембран, створенні складних гетероструктур шляхом укладання і скручування, а також дослідженні фізичних явищ, що виникають”, – говорить професор Ніні Прідс.
В кінцевому рахунку, цей прорив долає серйозну перешкоду в матеріалознавстві, переводячи потенціал передових оксидів з лабораторії в практичні пристрої, що згинаються, які можуть стати невід’ємною частиною повсякденного життя.
