Laserem zajištěná tvorba elektrických obvodů na udržitelných a flexibilních filmech z oxidu grafenu

Bc. Jan Braun

Master's thesis

Laser-based formation of circuits on sustainable flexible graphene oxide films

Abstract:

This diploma thesis focuses on the development and subsequent reduction of highly sustainable and eco-friendly composite materials containing a carrageenan matrix and graphene oxide (GO). The reduction process is carried out utilizing femtosecond laser radiation. One major benefit of this method, in contrast to alternative reduction techniques, is its capability for localized patterning and reduction of the GO surface in a single step, eliminating the necessity for specific physical or chemical conditions. Diverging from prior research, this study introduced GO directly into the polymer network of the carrageenan matrix and then subjected these GO flakes to irradiation within the polymer structure. The resultant films displayed diverse morphology, varying degrees of reduction, and conductivity levels contingent upon the concentration of GO flakes. Through comprehensive analysis, involving an array of imaging and analytical techniques elucidated in the experimental section of this work, it becomes apparent that films produced using the chosen approach are unsuitable for utilization in flexible circuits. Although all films incorporating the carrageenan matrix exhibited noteworthy flexibility, conductivity performance was subpar. Despite an enhancement in conductivity post-irradiation, it remained inadequate for efficient electric current conduction. Nonetheless, these outcomes pave the way for fresh perspectives and enhancements in the synthesis of these flexible composite films, with a new methodology proposition being discussed in the conclusion of the thesis.

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá vývojem a následnou redukcí flexibilních a vysoce udržitelných kompozitních materiálů složených z karagenanové matrice a disperze grafen oxidu (GO). Proces redukce je realizován pomocí femtosekundového laserového záření. Jednou z hlavních výhod představené metody, na rozdíl od alternativních redukčních technik, je možnost lokálního vzorování a redukce povrchu GO v jednom jediném kroku bez nutnosti speciálních fyzikálních nebo chemických podmínek. Rozdílem oproti jiným studiím, bylo zanesení GO disperze přímo do polymerní sítě karagenanové matrice a následné ozařování těchto GO vloček přímo uvnitř struktury polymeru. Výsledné filmy vykazovaly rozdílnou morfologii, různé stupně redukce a úrovně vodivosti v závislosti na koncentraci GO vloček. Prostřednictvím komplexní analýzy zahrnující řadu zobrazovacích a analytických technik, které jsou objasněny v experimentální části této práce, se ukazuje, že filmy vyrobené zvoleným přístupem nejsou vhodné pro použití v oblasti flexibilních obvodů. Ačkoli všechny filmy obsahující karagenanovou matrici vykazovaly pozoruhodnou flexibilitu, vodivost byla spíše podprůměrná. I přesto, že se vodivost po ozáření zvyšuje, není ani zdaleka dostačující pro vedení elektrického proudu. Na druhou stranu, tyto výsledky otevírají cestu novým pohledům na celou problematiku a možnosti vylepšení syntézy těchto flexibilních kompozitních filmů, přičemž návrh nové metodologie je diskutován v závěru práce.

Keywords

Flexibílní obvody, karagenan, oxid grafenu, redukovaný oxid grafenu, femtosekundová laserová redukce

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Dr. Rafael Torres

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Master programme / field:
Nanotechnology / Nanotechnologie