Ученые ИТМО нашли новый способ измерять прочность материалов для гибкой электроники
Ученые ИТМО нашли новый способ измерять прочность материалов для гибкой электроники Физики из вуза предложили новый метод измерения прочности перовскитных наночастиц, которые используются для создания гибких устройств — например, складных дисплеев, датчиков давления и солнечных батарей Вместо стандартной острой иглы атомно-силового микроскопа, которая не подходит для хрупких наночастиц, ученые предложили использовать затупленный зонд, который работает как миниатюрный пресс: он сжимает кристалл, но не разрушает его При этом, чтобы повысить точность результатов, исследователи также разработали компьютерную 3D-модель эксперимента, где учитываются неровности поверхности частицы и наклон зонда Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters Перовскиты — полупроводниковые соединения с общей формулой АВХЗ — сейчас исследуются как перспективные материалы для солнечных батарей и гибких дисплеев. Они эффективно поглощают и излучают свет, но остаются довольно хрупкими: при частых изгибах в устройствах на основе перовскитов накапливаются микротрещины, и в итоге приборы могут быстро потерять работоспособность. Чтобы понять, выдержит ли наночастица многократные сгибы и сжатия в реальном объекте, ученым нужно выяснить ее модуль Юнга — эта величина показывает, насколько материал сопротивляется деформации. Чем ниже модуль Юнга, тем материал более гибкий, а значит, лучше подходит, например, для складных устройств Обычно механические свойства материалов определяют с помощью инденторов — твердых наконечников измерительных приборов, которые вдавливают в образец. Но даже самые маленькие инденторы слишком крупные по сравнению с отдельной наночастицей, поэтому надавить ими на нанокристалл невозможно. Для измерения упругости одиночных наночастиц нужен другой подход. Ученые ИТМО использовали атомно-силовой микроскоп, который позволяет работать с маленькими (нанометровыми) материалами. Однако его стандартная острая игла может разрушить хрупкий нанокристалл, поэтому ее кончик затупили, превратив в миниатюрный плоский пресс Это позволило сжимать нанокубик равномернее, чем острым зондом. Однако позже выяснилось: из-за неровности поверхности частицы и сохранявшегося небольшого закругления самой иглы давление все равно распределялось неравномерно. В результате расчеты давали погрешность: получалось так, что чем мельче частица, тем она прочнее, хотя жесткость материала не должна зависеть от размера Чтобы исключить влияние этих факторов и получить корректные значения модуля Юнга, на следующем этапе работы физики перенесли эксперимент в компьютерную среду. Они построили точную 3D-модель каждой частицы и зонда атомно-силового микроскопа в программе COMSOL Multiphysics, учли наклон зонда в 20 градусов и запустили симуляцию сжатия. Затем они подбирали параметры материала в модели до тех пор, пока виртуальная кривая сжатия частицы в зависимости от положения зонда не совпала с экспериментальной, записанной на реальном микроскопе. Подход позволил отделить погрешности, связанные с геометрией, от реальных механических свойств материала 📸 Официальный сайт ИТМО Макс | Телеграм