科学家为柔性透明电子产品绘制碳纳米管组件模板

Skoltech、MIPT和其他地方的研究人员发现了一种在碳纳米管膜中创建几何图案的快速而廉价的方法。结果证明，所制备的薄膜具有优异的性能，可用于制造6G通信设备和柔性透明电子产品的组件；例如可穿戴健康追踪器。在《化学工程杂志》上的一篇论文中详细介绍了这种图案化方法

与其他材料一样，碳纳米管具有多个层次的组织。在原子水平上，单壁纳米管可以被可视化为卷成圆柱体的碳原子（石墨烯）的2D片。这样的圆柱体可以粘在一起，形成更厚的纤维

这些纤维可以相互连接成一个巨大的多孔3D网络，可能会将一些表面涂成一层薄层——碳纳米管膜。你可以更进一步，对薄膜本身进行修改，例如去除一些材料，从而在其上施加几何图案。

“我们的团队想出了一种非常有效的方法来实现这一点，并用它来制作网状碳纳米管薄膜。这过去是通过在薄膜上燃烧许多孔来实现的。其想法是以一定的导电性为代价使薄膜更透明。

”我们最终得到了一种可以弯曲的透明导体，这基本上是柔性透明电子设备的光学电极的定义，例如监测佩戴者心率、呼吸和血氧的生物传感器，”该研究的合著者、Skoltech Photonics的助理教授Dmitry Krasnikov说，并补充说，网状结构也可以用作衍射光栅，这是一种可能用于6G信号接收的部件。

到目前为止，生产图案化碳纳米管膜有两种主要方法。你要么制作一个连续的膜并在其中烧孔，牺牲高达90%的材料，这显然不是很经济。否则，必须使用非常精细的光刻技术从头开始制造图案化膜。

但这一过程也相当昂贵和复杂，涉及多个步骤和使用液体溶液，这往往会污染膜中的杂质并造成损害。该研究的首席研究员、Skoltech Photonics的Albert Nasibulin教授解释道：“我们的方法有很多优点。它是可重复的，速度快，价格便宜，用途广泛。”。不使用液体溶液，这使得该方法更清洁，并确保高质量。事实上，网状物的透明导电率是连续膜的12倍，这是其光学电极的主要优点

“因此，新技术的性能优于精细光刻，与相对浪费的方法不相上下，在这种方法中，你会烧掉——然后失去！——额外的材料。此外，我们也可以创建网格以外的图案。”

那么它是如何工作的呢？首先，研究人员用激光从铜箔上切割出一个图案的铜模板，在这种情况下是一个方形网格。然后，他们取一个硝化纤维膜过滤器，用模板覆盖，并在其上溅射铜颗粒，有效地形成互补图案

如果你在过滤器上沉积碳纳米管，它们将呈现出预期的网状图案，因为溅射的铜会排斥它们。由于所得的图案化薄膜既不粘铜，也不粘硝化纤维素，因此只需将一块橡胶、玻璃或其他材料压到过滤器上，就很容易转移到另一个基材上

科学家们测试了光栅的衍射特性，光栅是在弹性材料（弹性体）薄层上制备的二维网格。太赫兹光谱仪清楚地记录了任何普通物理课程的光学部分所熟悉的衍射峰，只是这些峰不是在可见光中观察到的，而是在太赫兹频带中观察到，太赫兹频带对应于大约1毫米的波长，并且处于红外光和微波之间

研究人员拉伸弹性基底，从而改变光栅周期，并严格按照已知的光学定律记录相关的衍射峰位移

研究合著者、MIPT太赫兹光谱实验室负责人Boris Gorshunov评论道：“基于纳米管膜制造结构的简单性和相对较低的成本，加上高效的准光学太赫兹光谱方法（在开放空间中使用入射太赫兹辐射束），为制造和测试基于纳米管的各种二维结构的性能提供了巨大的机会，这些结构可以使用太赫兹辐射结合到各种设备和组件中。”

该团队很快将报告使用网格以外的几何图案（同心圆和螺旋）进行高级太赫兹成像的类似实验。这是指一种安全、无创的安全筛查和医学检查技术，它依赖于微波和红外光之间的辐射