Фотомеханический ефект у композитних матеріалах з присадкою графена

Композитні матеріали на основі полімерів з присадкою графена володіють унікальними фізико-хімічними характеристиками, що залучає до їх розробці і дослідженню безліч наукових колективів. Нещодавно вчені [1] з Univ. of Louisville (США) досліджували фотомеханический ефект, принцип якого полягає у зміні механічного стану матеріалу в результаті оптичного опромінення. Цей ефект може бути покладений в основу перетворення світлового сигналу в механічну енергію в наномеханических системах, розробка яких останнім часом привертає значний інтерес.

В експериментах використовували композитні матеріали двох типів. Матеріал першого типу представляв собою полідиметилсилоксан (ПДМС) з присадкою одношарового графену (SLG) на рівні 0.01-1 % (по масі), а в матеріалі другого типу використовували той же полімер з присадкою пластинок, що містять приблизно 5 шарів графену (GNP). Пластівці одношарового графена розміром 1-2 мкм були отримані стандартним способом в результаті хімічного відновлення оксиду графіту, синтезованого методом Хаммерса. П’ятишарові пластинки приблизно того ж розміру були отримані в результаті розшарування високочистого кристалічного графіту при плазмовій обробці. При отриманні композитного матеріалу дисперсію двох модифікацій графена в ПДМС розчиняли в ізопропиловому спирті, потім обробляли ультразвуком і просушували, після чого з отриманого матеріалу виготовляли фотомеханический перетворювач.

Для дослідження фотомеханического ефекту використовували установку, в якій досліджуваний зразок, що має форму прямокутної довгастої пластинки, закріплювали між двома фіксаторами. Зразок міг піддаватися попередньому розтягування до 40% від початкової довжини. В якості джерела світла використовували лазер. При опроміненні зразка лазерним випромінюванням в ближній ІЧ області спектра виникало додаткове зусилля, яке вимірювали за допомогою динамометра. Результати дослідження фотомеханического ефекту наведено на рисунку.

a – Залежності напруги, викликаного ІК лазерним опроміненням зразка, від концентрації графену і інтенсивності лазерного опромінення (виміряно при концентрації графена 1%);

b – залежності ефективності фотомеханического перетворення від концентрації графену і рівня попереднього розтягування.

Як видно, ефективність композиту для зразків з присадкою SLG приблизно вдвічі перевищує відповідний показник для композиту з присадкою GNP. Цікаво відзначити немонотонную залежність фотомеханического ефекту від попереднього розтягування зразка. При розтягуванні на рівні 10-15 % ефект практично відсутній, а подальший розтяг супроводжується збільшенням ефекту. Максимальна величина додаткового зусилля спостерігалася на зразку, що містить 1 % SLG, і склала ~ 50 кПа. Це відповідає стиску зразка, попередньо розтягнутого на 0.8 %, приблизно на 1.6%. Відзначається оборотний характер ефекту, який проявляється в багаторазової відтворюваності результатів вимірювань протягом 24 годин. Спостерігається в експерименті залежність фотомеханического ефекту від попереднього розтягування зразка обумовлена орієнтаційною упорядкуванням графенових шарів.

А. Єлецький

1. J. Loomis et al., Appl. Phys. Lett. 100, 073108 (2012).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *