1773641244
2026-03-16 06:01:00
Ученые из Технического университета Дании разработали новый способ интеграции ультратонких оксидных мембран на гибкие металлические опоры, открывая путь для носимых датчиков следующего поколения, складных дисплеев и гибких энергетических устройств. Их исследование показывает, что при тщательном выборе опорной металлической поверхности эти хрупкие кристаллические листы могут прочно сцепляться, сохраняя при этом свою способность растягиваться и изгибаться.
«Основным результатом этого исследования является успешная интеграция и адгезия отдельно стоящих монокристаллических оксидных мембран — тонких кристаллических листов, которые отделены от их исходной поверхности роста — на гибкие полимерные подложки, покрытые металлическим нитридом титана (TiN), — сообщил в электронном письме профессор Дэ-Сунг Парк, один из ведущих авторов исследования.
Почему гибкие оксиды так важны
Материалы, известные как сложные оксиды — соединения кислорода в сочетании с такими металлами, как марганец, титан или никель, — считаются одними из наиболее универсальных в современном материаловедении.
Они могут демонстрировать необычайный диапазон поведения: от магнетизма, когда материалы генерируют собственное магнитное поле, до сегнетоэлектричества, где они создают внутреннее электрическое поле, которое можно включать и выключать. Они также могут проявлять необычные электронные и каталитические свойства, что делает их привлекательными для использования в электронике, энергетике и сенсорных технологиях.
«Некоторые сложные оксиды обладают множеством полезных и разнообразных функциональных возможностей с высокой возможностью настройки свойств, некоторые из которых недоступны в 2D-материалах», — объясняет профессор Нини Придс, также ведущий автор работы.
Однако до недавнего времени большинство оксидных пленок приходилось выращивать на жестких кристаллических основах, что ограничивало как выбор материалов, так и диапазон возможных применений. Ситуация изменилась с развитием производства отдельно стоящих мембран. Эти мембраны открывают возможность интеграции оксидов в гибкие подложки, такие как полимеры или металлы, что имеет решающее значение для создания будущих гибких или растягивающихся устройств.
Преодоление проблем в гибкой интеграции оксидов
Несмотря на обещания, работать с автономными оксидами далеко не просто. Поскольку они хрупкие и кристаллические, они имеют тенденцию трескаться или отслаиваться при размещении на гибких опорах. Как отмечает Парк: «Остающиеся проблемы практического использования этих мембран в различных устройствах включают повышение их качества за счет минимизации дефектов, таких как микротрещины, морщины и загрязнение поверхности».
Еще одна ключевая трудность — найти подложку, которая могла бы прочно удерживать мембрану, в то же время позволяя ей растягиваться и настраиваться под действием внешних сил, таких как электрические поля или механическое напряжение.
Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали двустороннюю стратегию. Они усовершенствовали процесс изготовления, чтобы производить большие, бездефектные мембраны, а затем проверили, как эти мембраны прилипают к различным металлическим слоям. Оксидные мембраны были перенесены на тонкие полимерные листы, покрытые различными металлами, включая золото, платину и нитрид титана. Идея заключалась в том, чтобы посмотреть, какой металл обеспечивает лучший баланс адгезии и гибкости.
Роль нитрида титана
Результаты были поразительными. Хотя золото и платина широко используются в электронике, они не так хороши, как TiN. На полимерах с покрытием TiN оксидные мембраны прочно прилипали и могли равномерно растягиваться примерно на один процент, не отслаиваясь. «Это возникает из-за сильного межфазного взаимодействия между оксидом и TiN», — говорит Парк. Другими словами, химическая связь и структурное соответствие на границе раздела помогли создать стабильное соединение, выдерживающее изгиб.
Исследователи протестировали хорошо изученный оксид под названием LSMO, который под напряжением может проявлять необычные магнитные и электронные свойства. Успешно прикрепив мембраны LSMO к подложкам с покрытием TiN, они показали, что инженерия деформации — настройка свойств материала путем его растяжения или сжатия — может быть реально достигнута на гибких устройствах. Придс подчеркивает, что «выбор подходящей металлической поверхности для интеграции мембран имеет решающее значение для улучшения адгезии и обеспечения структурной целостности мембран».
На пути к реальным приложениям
Потенциальные применения этого прорыва весьма разнообразны. Способность создавать оксиды на гибких подложках может привести к улучшению гибкой электроники, носимых медицинских датчиков, складных дисплеев и устройств для сбора энергии. «Наш продемонстрированный подход обеспечивает надежную основу для производства высококачественных отдельно стоящих оксидных мембран большой площади с исключительной структурной целостностью и контролируемой деформацией», — говорит Парк.
Настраивая поведение оксидов под напряжением, исследователи могут открыть новые функциональные возможности, такие как регулируемые магнитные состояния, то есть их магнетизм можно усиливать, ослаблять или включать по требованию, настраиваемую проводимость, которая меняет скорость прохождения электричества, или повышенную каталитическую активность, когда материал более эффективно ускоряет химические реакции. Их можно применять не только в бытовой электронике, но и в передовых энергетических системах, технологиях памяти и нейроморфных вычислениях, вдохновленных мозгом.
Заглядывая вперед
Команда рассматривает эту работу как только начало. Одним из ключевых будущих направлений является расширение процесса создания более крупных бездефектных мембран, что является важным шагом для промышленного применения. Они также заинтересованы в укладке и скручивании различных оксидных слоев для создания более сложных структур с новыми свойствами. «Наши будущие исследования сосредоточены на разработке бездефектных мембран большой площади, изготовлении сложных гетероструктур путем укладки и скручивания, а также на изучении возникающих физических явлений», — говорит Придс.
В конечном счете, поскольку носимые и гибкие технологии становятся все более важными в повседневной жизни, возможность надежной интеграции современных оксидов в гибкие опоры может оказаться революционной. Демонстрируя, как преодолеть одно из ключевых препятствий — адгезию — исследование из Дании закладывает основу для превращения уникальных возможностей оксидов в практические устройства.
Ссылка: Бранд Э. и др., Деформационная инженерия сложных оксидных мембран на гибкой металлической основеПередовые физические исследования (2025 г.), DOI: 10.1002/apxr.202500075.
Рекомендованное изображение предоставлено: zeeshan09 через Pixabay
#Гибкие #оксидные #мембраны #могут #стать #основой #следующей #волны #электроники
Продолжение темы
