В статье приведены подходы к лазерному облучению новых перспективных материалов для фотонных устройств и поверхностей — максенов, металлорганических каркасов и перовскитов, а также проведен анализ изменения их свойств на разных этапах технологической обработки. Работа выполнялась в рамках гранта №23-42-00081 «Гибкие и долговечные многофункциональные датчики без перекрестных помех» Российского научного фонда и Государственного фонда естественных наук Китая по поддержке международных российско-китайских научных коллективов.
Фотокатализ — активно развивающаяся область исследований, которая предполагает использование материалов для ускорения химических реакций за счет поглощения света. Чтобы быть эффективным фотокатализатором, материал должен иметь запрещенную зону, позволяющую поглощать свет в широком диапазоне, высокую подвижность носителей заряда и большую площадь поверхности.
Максены, металлорганические каркасы и перовскиты являются перспективными для применения в фотокатализе и фотонике. Максены характеризуются высокой электрической проводимостью, механической прочностью и регулируемой оптической прозрачностью. Они могут поглощать видимый и ближний инфракрасный свет, что может повысить эффективность фотодетекторов. Металлорганические каркасы отличаются высокой пористостью, большой площадью поверхности и настраиваемыми оптическими свойствами, такими как показатель преломления или ширина запрещенной зоны. Эти особенности полезны для применений в фотокатализе и, потенциально, в разработке светоизлучающих устройств. Перовскиты имеют высокий коэффициент поглощения и высокую подвижность электронов, что делает их критически важными для фотовольтаики и фотодетекторов. В некоторых случаях два из этих материалов могут использоваться совместно, что приводит к еще большей эффективности и открывает новые перспективы.
«Лазерная обработка становится эффективным инструментом для изменения свойств данных материалов. С ее помощью можно локально менять их свойства. Кроме того, существуют лазерно-индуцированные способы синтеза наноматериалов. Эффективность и локализация процессов позволяет достигать результатов, которые невозможно получить при использовании других методов. Например, в разы повысить эксплуатационные характеристики материалов», — рассказывает один из авторов статьи, младший научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Анна Липовка.
Представленные в обзоре подходы в перспективе позволят создавать экологичные в производстве и технологичные датчики. Они будут иметь небольшой вес, а технология их изготовления должна легко масштабироваться и быть недорогой.
На основе полученного анализа ученые планируют реализовать ряд экспериментальных разработок. В настоящий момент данные уже используются на практике для лазерной обработки металлорганических каркасов. В ближайшем будущем они будут применены для лазерной модификации максенов и изготовления гибких электронных схем. Также ученые рассмотрят возможность применения модифицированных материалов и их комбинаций для разработки гибких платформ для фотокатализа.
