Swissuniversities (https://www.swissuniversities.ch)

Martin Drábik (Karlova univerzita, Katedra makromolekulární fyziky)

141 433,30 CHF

Empa
Materials meet Life

Nanokompozitní povlaky vytvořené ze stříbrných částic zabudovaných do okysličené amorfní uhlovodíkové plazmové polymerní matrice (Ag/a-C:H:O) byly vybrány jako neslibnější materiál pro senzory v biomedicínské oblasti. Plně se charakterizoval proces nanášení povlaků. Byly získány parametry nanášení vhodné pro pozdější průmyslové zlepšení (upscaling). Složení a stabilita procesu byly kontrolovány monitorovacím systémem na místě. Kompletní kontrolou procesu nanášení bychom mohli nanášet povlaky s různými strukturami a složeními. To vedlo k vytvoření senzorů s různou citlivostí na měřené stimuly, protože elektrické vlastnosti jsou velmi závislé na jejich mikrostruktuře. Bylo dosaženo požadované struktury tenké vrstvy (filmu) senzorů. Po optimalizaci vlastností filmu byl hlavní zájem soustředěn na přenos elektrod a nanokompozitních povlaků z jednoduchých substrátů na textilní vlákna z monofilového polyethylentereftalátu (PET) jako první krok k průmyslovému použití. Byl navržen a zkonstruován nový maskovací systém. Maskování bylo testováno elektrickými měřeními a jeho kvalita byla kontrolována elektronovou mikroskopií. Jako poslední krok se studovala stabilita povlaků při stárnutí na vzduchu a ve vodě. Několik různých procesů stárnutí bylo pozorováno a popsáno v nanokompozitních filmech v závislosti na mikrostruktuře povlaků. Nejdůležitějším výsledkem je to, že filmy reagují na přítomnost vody a měřený rozdíl ve vodivosti vzorků v suchém stavu a ve vodě je tak vysoký, že zajišťuje řádné využití filmů v senzorových aplikacích.

Na konci projektu byly zajištěny vhodné podmínky nanášení a struktura nanokompozitních senzorů (vlhkost a deformace). Povlaky byly přeneseny na textilní vlákna z monofilového PET pomocí speciálně navrženého maskovacího systému. Proces nanášení senzorů je připraven k průmyslovému použití. Úspěch projektu byl tak velký, že získané výsledky byly dále využity v jiném projektu zaměřeném na přípravu biomedicinského textilu pro paraplegiky a starší lidi ve spolupráci s Univerzitní nemocnicí v Curychu, ETH Curych a Švýcarským paraplegickým centrem.

Kovové/polymerní kompozitní povlaky byly nedávno intenzivně studovány kvůli jejich možnému použití v různých oblastech, jako jsou elektrické a optické povlaky, uložení dat a biomedicínské aplikace. Magnetronové rozstřikování a plazmová polymerizace jsou jedněmi z důležitých technik na místě používaných při přípravě povlaků, kde jsou kovové nanočástice začleněny do plazmové polymerní matrice. Nízká míra nanášení a restrikce na místě nanesení jsou klíčovými faktory, které zabraňují tomu, aby byly uvedené povlaky využívány ve větší míře v průmyslu. V nedávné době Empa přenesla procesy plazmové polymerizace a rozstřikování do textilního průmyslu. Navržený obtížný projekt bude využívat zkušenosti a sledovat podobný trend. Je zaměřen na vývoj technologie pro nanášení plazmových nanokompozitních povlaků a jejich přenos do reaktorů pro průmysl a zkoumání potenciálu těchto povlaků pro senzorové aplikace. Budou pozorovány změny nanokompozitních povlaků a bude studováno uvolňování ionů kovu ve vodních prostředích. Harmonogram projektu je rozdělen do několika pracovních balíčků podle studie targetů. Prvním úkolem bude zřízení/postavení správného plazmového reaktoru pro laboratorní účely a spuštění příslušného procesu nanášení. Byly vybrány různé kovové targety (zlato a stříbro) a reaktivní plyny smíchané s uhlovodíky a hexametyldisiloxanem (HMDSO). Proces nanášení a vlastnosti povlaků budou optimalizovány během prvních šesti měsíců projektu. Odolné, kapacitní a induktivní měření ukončí první část projektu, která by měla vést k nanokompozitní struktuře použitelné jako účinný senzor. Senzory budou dále zkoumány ve vodním prostředí pro konkrétní použití. Poslední a nejdůležitější částí bude přenesení podmínek nanášení získaných pro reaktor pro laboratorní účely do průmyslového síťového natíracího stroje pro vylepšení procesu, což bude zajímavé pro průmysl