Графен «осмысленно» лечит свои раны
11 июля 2012 года, 17:48 | Текст: Александр Березин | Послушать эту новость
Группа британских исследователей под руководством нобелиата Константина Новосёлова зафиксировала процесс самовосстановления графеном — слоем чистого углерода толщиной в один атом — своей предварительно нарушенной физической структуры.
Графен — потенциальное «наше всё» везде и всюду. «КЛ» не раз писала и о транзисторах на его основе, способных работать на полутерагерцевых частотах, и о замене графеном платины в топливных элементах, и о многом графеновом другом и любом. Вот только мы до сих пор не умеем получать графен массово и в виде крупных элементов. Почему? При выращивании лист графена спонтанно сворачивается в неплоские структуры (трубки, шарики, что угодно). Если при этом в окружающей его среде есть атомы других веществ, он начинает инкорпорировать их в себя, и его свойства, разумеется, от этого страдают, и ожидаемых характеристик от выращиваемого графена уже не получить.
Учёные под руководством г-на Новосёлова взялись исследовать этот процесс и, похоже, доказали, что в таком поведении графена нет ничего спонтанного. Они проделали в одноатомном слое углерода дыры (пучком электронов), после чего отслеживали их судьбу с помощью электронного микроскопа. Дальнейшее зависло от химического состава среды каждого конкретного образца. Если в ней присутствовали ионы палладия, то они образовывали комплексы с атомами углерода, находившимися на внутренних краях «дырок» (искусственных дефектов в графене). При высокой концентрации палладия дефекты имели тенденцию расширяться за счёт растущего дестабилизирующего воздействия палладия на края «дырок». При низкой концентрации ионов металлов и доминирования во внешней среде углерода атомы графена на краях «дырок» формировали новые связи самостоятельно.
«Дырки» затягивались без вмешательства исследователей, и это чрезвычайно важное наблюдение, последствия которого пока трудно представить.
|
Вверху — графен в среде, насыщенной металлами; в центре и внизу — восстановление графена в углеводородной среде. Хорошо видна неидеальная структура восстановленного участка. (Здесь и ниже иллюстрации Recep Zan et al.) |
При этом в образцах, где углерод находился в форме углеводородов, «дырки» закрывались преимущественно группами из пяти, шести или семи атомов углерода. И в слой включался углерод, ковалентные связи которого ранее были заняты водородом. А образовавшиеся структуры атомов углерода на месте «дырок» были лишь графеноподобными, но не графеновыми! Они не были строго шестиугольными, представляя собой различные вариации почти-, или, если угодно, околошестиугольника.
Если же рядом с графеном в момент его самовосстановления был чистый атомарный углерод, то дефекты залечивались идеальными шестичленными циклами, характеризующими собственно графен.
|
Вверху: залечивание в присутствии углеводородов привело к эпитаксиальному наращиванию не вполне графеновых структур. Внизу: а вот в среде чистого углерода небольшие отверстия затягиваются идеально. |
Что это означает? Прямой эффект работы в том, что «бракованный» графен, при производстве которого что-то пошло не так, можно «ремонтировать» при комнатной температуре, просто добавляя атомарный углерод в его окружение.
Но это сущие мелочи в сравнении с тем, что из работы следует: при помещении исходной «затравки» графена в «правильную» среду он при обычной температуре и давлении без каких-либо дополнительных энергозатрат будет расти, устойчиво воспроизводя свойственную ему структуру.
Если дальнейшие опыты подтвердят практическую целесообразность этого метода производства графена, его стоимость может упасть в несколько раз. И тогда обещанные «графеновые революции» в целом ряде областей, наверное, смогут стать явью, то есть перейдут в активную фазу — и быть может, в 2017 году что-нибудь да грянет…
Подготовлено по материалам Technology Review.