У некоторых змей есть инфракрасный приёмник. Человека природа ничем подобным не обеспечила, так что приходится создавать приёмники инфракрасного излучения из подходящих материалов, в том числе из графена.

Не хуже, чем у змей

У некоторых змей есть инфракрасный приёмник. Человека природа ничем подобным не обеспечила, так что приходится создавать приёмники инфракрасного излучения из подходящих материалов, в том числе из графена. Графен, поглощая излучение, нагревается и меняет сопротивление; а измерение сопротивления хорошо освоено. Преимущества графена — низкая теплоёмкость и высокая теплопроводность, что позволяет достичь быстродействия чуть ли не в терагерцовом диапазоне. Однако у монослойного графена есть недостаток: поглощается лишь около 2% падающего излучения. Возможное решение заключается в использовании пористых графеноподобных структур с большой эффективной поверхностью. Изготавливают их лазерным пиролизом полиимидных плёнок. То, что получается, принято называть лазерно-индуцированным графеном (ЛИГ). Он состоит из наноразмерных фрагментов графеноподобных частиц, хаотично ориентированных в трёхмерной матрице, с большим количеством дефектов и пор. Толщина плёнки обычно 20—300 мкм, поэтому падающее излучение хорошо поглощается.

Исследователи из Института физики металлов им. М. Н. Михеева УрО РАН (Екатеринбург) и Удмуртского федерального исследовательского центра УрО РАН (Ижевск) синтезировали ЛИГ, облучая на воздухе полиимидную плёнку толщиной 125 мкм СО₂-лазером. Длина волны лазера равнялась 10,6 мкм, диаметр пучка 190 мкм, скорость сканирования — 220 мм/с. Преимущества такого лазера — невысокая стоимость и простота эксплуатации. В результате были получены детекторы в виде меандра общей длиной 85 мм с шириной и толщиной линии 300 и 20 мкм соответственно. Освещаемая поверхность меандра составляла 5 х 8 мм, были проверены разные методы изготовления контактов. Авторы приводят данные по составу (углерод, кислород, следы азота), электросопротивлению и фотоотклику в зависимости от длины волны подающего излучения в диапазоне 0,5—21 мкм и частоты импульсов излучения.

Максимальная чувствительность ЛИГ-детектора оказалась существенно ниже значений, характерных для моно- и многослойного графена. Тем не менее простые в изготовлении плёнки ЛИГ имеют потенциал для создания гибких приёмников ближнего и среднего ИК-диапазона с малым временем отклика.

Сухоруков Ю. П. и др. Широкополосный детектор ИК-излучения на основе лазерно-индуцированного графена. ЖТФ, 2026, вып. 3, с. 582.

Природный композит экранирует СВЧ

Микроволновое (СВЧ) излучение применяется широко, соответственно, растёт интерес к веществам, способным его экранировать, отражая и поглощая. Традиционно в качестве материала экрана используют искусственные композиты, у которых в диэлектрической матрице распределены проводящие включения, обычно углеродные (графен, нанотрубки, фуллерены). В этом случае требуется значительная толщина экранирующего вещества, что не очень удобно. Поэтому интерес представляют природные углеродсодержащие композиты, например шунгиты, которые устроены принципиально иначе: углерод в шунгитах создаёт проводящую матрицу, а в ней равномерно распределены непроводящие минеральные частицы. Такие вещества хорошо экранируют СВЧ даже в виде ультратонкой пластинки.

Исследователи из Сыктывкарского государственного университета им. Питирима Сорокина и Института геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар) изучили экранирующие свойства шунгитов из нескольких крупнейших рудопроявлений углеродсодержащих материалов Карелии. Дополнительно для экспериментов брали антраксолиты из рудопроявлений на острове Новая Земля и в Карелии. Все образцы были собраны вручную непосредственно из вмещающих пород. Содержание углерода в образцах было от 2 до 97 ат.% (доля атомов в процентах), образцы сошлифовывались до толщин от 8 до 20 мкм, а коэффициенты отражения и пропускания определялись в прямоугольных волноводах посредством панорамных измерителей коэффициента стоячей волны на частотах от 7,8 до 56 ГГц. Измерения показали, что экранирующие свойства материала слабо зависят от частоты и сильно — от содержания углерода. Приведены подробные данные по многим образцам и видно, что при толщине 8—20 мкм пластинки из указанных материалов при концентрации углерода больше 50% могут обеспечивать коэффициент пропускания около 1%.

Антонец И. В. и др. Экранирующие свойства природных углеродсодержащих композитов. ФТТ, 2025, вып. 12, с. 2376.

Мой тензодатчик со мной

Тензодатчик прикрепляется к элементу конструкции, деформируется вместе с ним, изменяя при этом своё электрическое сопротивление. Применяется для контроля деформаций элементов сооружений, зданий, мостов. А ещё тензодатчики используются для контроля дыхания человека, в том числе для обнаружения остановки дыхания (апноэ), например во сне. В этом случае такой датчик, плотно прилегающий к коже и деформирующийся вместе с ней, должен удовлетворять множеству требований. В первую очередь иметь высокую чувствительность и быть гибким. А поскольку дыхание периодично, ему необходимы высокая повторяемость зависимости сопротивления от деформации, малый гистерезис, высокая надёжность и длительный срок службы. К тому же желательно, чтобы датчик не был слишком дорогим.

Сигнал от двух тензодатчиков с разным начальным сопротивлением для учащённого ритма дыхания и резкого вдоха (1), область сигнала при остановке дыхания на вдохе (2) и на выдохе (3). По горизонтали время в секундах, по вертикали — сопротивление в относительных единицах. Рисунок из реферируемой статьи.

Исследователи из Института биомедицинских систем МИЭТ (Зеленоград) и Института бионических технологий и инжиниринга Первого Московского государственного университета им. И. М. Сеченова разработали тензодатчики на основе тонких плёнок, полученных методом спрей-осаждения многостенных углеродных нанотрубок на силиконовые подложки с последующим лазерным облучением. Использовался иттербиевый волоконный лазер (длина волны 1064 нм, импульсы 100 нс, 30 кГц), диаметр пятна 35 мкм, скорость перемещения луча 50 см/c, средняя мощность до 2 Вт. Приведены подробное описание технологии изготовления и влияния мощности лазерного облучения на морфологию плёнок, их электрические и механические свойства. Датчики превосходят по тензочувствительности большинство известных решений, на рисунке показана работа датчиков при контроле дыхания в составе гибкой носимой электроники.

Морозова А. С., Герасименко А. Ю. Тензодатчики на основе лазерно-модифицированных углеродных наноструктур для регистрации апноэ. ЖТФ, 2026, вып. 5, с. 947.

№7, 2026