Переосмысление основ синтеза графена указывает путь к промышленному производству | Док-камминс расскажет о науке, технологии и здоровье

Переосмысление основ синтеза графена указывает путь к промышленному производству

Найден новый способ синтеза графена, который может привести к производству этого чудо-материала 21 века в промышленных масштабах. Графен – углеродная модификация, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, суперпрочен, способен проводить тепло и электричество лучше, чем какой-либо другой из известных материалов, имеет потенциал применяться в промышленных целях для изготовления гибких электронных дисплеев, высокоскоростных компьютеров, лопастей ветротурбин и более эффективных солнечных элементов.

За прошедшие десять лет лауреаты Нобелевской премии Константин Новоселов и Андрэ Жеэм доказали замечательные электронные и механические свойства графена. Сейчас команда ученых из Государственного университета Пенсильвании нашла способ синтеза однослойного графена.

«Существует много слоистых материалов, подобных графену, с интересными свойствами, но до сих пор мы не знали, как химически разделить твердые частицы, чтобы снять отдельные листы, не повреждая слои», — сказал Томас Э. Маллоук, преподаватель химии, физики, биохимии и молекулярной биологии в Государственном университете Пенсильвании. В статье, опубликованной в журнале «Nature Chemistry», Маллоук и его коллеги из Пенсильванского университета и Исследовательского центра экзотических наноуглеродов при университете Шиншу в Японии описали метод, называемый интеркаляция, в котором молекулы или ионы «гостя» вставляются между углеродными слоями графита и разделяют его на отдельные слои.

Интеркалирование графита было открыто в 1841 году, но этот процесс всегда требовал присутствия сильного окислителя или восстановителя, что повреждало ценные свойства материала. Один из наиболее широко используемых методов интеркалирования графита окислением был разработан в 1999 году Ниной Ковтюховой, научным сотрудником лаборатории Маллоука.

При изучении других слоистых материалов Маллоук попросили Ковтюхову использовать свой ??метод, который требует сильного окислителя и смеси кислот, чтобы отделить одиночные слои твердого нитрида бора — соединения со структурой, аналогичной графиту. К их удивлению, все слои были разделены. В последующих экспериментах Ковтюхова обнаружила, что для протекания реакции окислитель был не нужен.

Маллоук предложил ей попробовать подобный эксперимент без окислителя на графите, но, ссылаясь на обширную литературу, в которой говорилось об обязательном присутствии окислителя, Ковтюхова отказалась.

«Я продолжал просить ее, чтобы попробовать, но она была непреклонна, — сказал Маллоук. — Наконец, мы заключили пари, и, чтобы заинтересовать коллегу, я дал ей фору. Если реакция не сработает, я бы был должен ей 100 $, а если она все же произойдет — она будет должна мне 10 $. Теперь у меня есть десятидолларовая банкнота как комплимент от Нины моей химической интуиции».

Маллоук считает, что результаты нового понимания интеркаляции в нитриде бора и графене могут применяться ко многим другим слоистым материалам, представляющим интерес для ученых Центра двумерных и слоистых материалов при Пенсильванском университете, которые исследуют так называемые «материалы вне графена». Следующим шагом для Маллоука и его коллег будет выяснить, как ускорить реакцию в целях расширения производства.