Южнокорейские учёные разработали технологию, которая позволяет наносить сверхтонкие металлические схемы на сложные, в том числе живые, поверхности без их повреждения. Метод открывает путь к созданию датчиков для выявления пестицидов прямо на растениях и фруктах, а также к новому поколению носимой электроники.
Новая технология, названная водно-флотирующей нанотрансферной печатью (WF-nTP), решает главную проблему существующих методов – им для переноса схем требуются высокое давление, температура или токсичные клеящие вещества, неприменимые для деликатных материалов. Корейские исследователи предложили использовать в качестве посредника воду. В основе метода лежит перенос тончайшей металлической плёнки толщиной около 20 нанометров с поверхности воды на целевой объект.
Процесс начинается с нанесения металла – золота, платины, палладия или никеля – на специальную полимерную подложку. Затем её обрабатывают плазмой, чтобы частично удалить полимер и ослабить сцепление с металлической схемой. При погружении в воду жидкость проникает в микроскопические зазоры и деликатно отделяет плёнку, которая остаётся плавать на поверхности, сохраняя свою структуру. Чтобы перенести схему, объект – например, яблоко или лист растения – погружают под плёнку и аккуратно поднимают, «вычерпывая» её из воды. После испарения влаги капиллярные силы и межмолекулярное взаимодействие прочно фиксируют схему на поверхности.
Исследователи продемонстрировали возможности метода, создав на поверхности листьев и фруктов высокочувствительные сенсоры на основе SERS-спектроскопии. С их помощью удалось обнаружить следы тирама – распространённого фунгицида. Технология также позволяет печатать на гидрофобных поверхностях вроде листьев лотоса, для этого достаточно немного изменить поверхностное натяжение воды, добавив этанол. Это открывает перспективы для создания систем «умного» сельского хозяйства, которые смогут в реальном времени контролировать состояние урожая и его химическую чистоту.
Помимо аграрного сектора, технология применима в биомедицине. Учёные создали гибкие датчики водорода, нанеся палладиевую сетку на эластичные волокна. Такие сенсоры можно интегрировать в одежду для мониторинга состояния здоровья человека. Разработку вели специалисты Корейского института передовых технологий (KAIST) совместно с Корейским институтом машиностроения и материалов и Университетом Корё. Исследование, поддержанное правительством Южной Кореи, опубликовано в журнале Nature Communications.