Ученые ИТМО нашли новый способ измерять прочность материалов для гибкой электроники Физики из вуза предложили новый метод измерения прочности перовскитных наночастиц, которые используются для создания гибких устройств — например, складных дисплеев, датчиков давления и солнечных батарей Вместо стандартной острой иглы атомно-силового микроскопа, которая не подходит для хрупких наночастиц, ученые предложили использовать затупленный зонд, который работает как миниатюрный пресс: он сжимает кристалл, но не разрушает его При этом, чтобы повысить точность результатов, исследователи также разработали компьютерную 3D-модель эксперимента, где учитываются неровности поверхности частицы и наклон зонда Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters Перовскиты — полупроводниковые соединения с общей формулой АВХЗ — сейчас исследуются как перспективные материалы для солнечных батарей и гибких дисплеев. Они эффективно поглощают и излучают свет, но остаются довольно хрупкими: при частых изгибах в устройствах на основе перовскитов накапливаются микротрещины, и в итоге приборы могут быстро потерять работоспособность. Чтобы понять, выдержит ли наночастица многократные сгибы и сжатия в реальном объекте, ученым нужно выяснить ее модуль Юнга — эта величина показывает, насколько материал сопротивляется деформации. Чем ниже модуль Юнга, тем материал более гибкий, а значит, лучше подходит, например, для складных устройств Обычно механические свойства материалов определяют с помощью инденторов — твердых наконечников измерительных приборов, которые вдавливают в образец. Но даже самые маленькие инденторы слишком крупные по сравнению с отдельной наночастицей, поэтому надавить ими на нанокристалл невозможно. Для измерения упругости одиночных наночастиц нужен другой подход. Ученые ИТМО использовали атомно-силовой микроскоп, который позволяет работать с маленькими (нанометровыми) материалами. Однако его стандартная острая игла может разрушить хрупкий нанокристалл, поэтому ее кончик затупили, превратив в миниатюрный плоский пресс Это позволило сжимать нанокубик равномернее, чем острым зондом. Однако позже выяснилось: из-за неровности поверхности частицы и сохранявшегося небольшого закругления самой иглы давление все равно распределялось неравномерно. В результате расчеты давали погрешность: получалось так, что чем мельче частица, тем она прочнее, хотя жесткость материала не должна зависеть от размера Чтобы исключить влияние этих факторов и получить корректные значения модуля Юнга, на следующем этапе работы физики перенесли эксперимент в компьютерную среду. Они построили точную 3D-модель каждой частицы и зонда атомно-силового микроскопа в программе COMSOL Multiphysics, учли наклон зонда в 20 градусов и запустили симуляцию сжатия. Затем они подбирали параметры материала в модели до тех пор, пока виртуальная кривая сжатия частицы в зависимости от положения зонда не совпала с экспериментальной, записанной на реальном микроскопе. Подход позволил отделить погрешности, связанные с геометрией, от реальных механических свойств материала 📸 Официальный сайт ИТМО Макс | Телеграм