Âûáèðàé : Ïîêóïàé : Èñïîëüçóé
â ôîêóñå
0

Ôèçèêè ñèíòåçèðîâàëè ãðàôèí — åãî ïûòàëèñü ñîçäàòü áîëåå 10 ëåò

Ôèçèêè âïåðâûå â èñòîðèè ñóìåëè ñèíòåçèðîâàòü ãðàôèí – íîâóþ àëëîòðîïíóþ ìîäèôèêàöèþ óãëåðîäà. Ïîÿâëåíèå ýòîãî ìàòåðèàëà áûëî ïðåäñêàçàíî áîëåå äåñÿòè ëåò íàçàä, íî ïîëó÷èòü åãî â ÷èñòîì âèäå íå óäàâàëîñü.

Àëëîòðîïíûå ôîðìû óãëåðîäà îáëàäàþò óíèêàëüíûìè ñâîéñòâàìè – ñâåðõïðîâîäèìîñòüþ, ëåãêîñòüþ, ãèáêîñòüþ. Ýòî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü èõ â íàíîòåõíîëîãèÿõ è â ïåðñïåêòèâå — òàêæå è â êâàíòîâîé ýëåêòðîíèêå.

Êðèñòàëëè÷åñêàÿ ðåøåòêà ãðàôèíà. Èçîáðàæåíèå: Yiming Hu

Ïîêà ÷òî óäàëîñü ñèíòåçèðîâàòü äâà àëëîòðîïà – ôóëëåðåí è ãðàôåí. Íî â 1968 ãîäó áûëî òåîðåòè÷åñêè ïðåäñêàçàíî ñóùåñòâîâàíèå ãðàôèíà. Ýòîò ìàòåðèàë ïîõîæ íà ãðàôåí: îí ÿâëÿåòñÿ øèðîêîçîííûì ïîëóïðîâîäíèêîì è îáëàäàåò íåëèíåéíûìè îïòè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Íî òàêæå â íåì òåîðåòè÷åñêè âîçìîæíî ñóùåñòâîâàíèå çàïðåùåííîé çîíû (îáëàñòè çíà÷åíèé ýíåðãèè, êîòîðûìè â èäåàëüíîì êðèñòàëëå íå ìîæåò îáëàäàòü ýëåêòðîí) íåíóëåâîé øèðèíû.

Ýòè ñâîéñòâà äîñòèãàþòñÿ çà ñ÷åò îñîáîé ñòðóêòóðû âåùåñòâà. Ãðàôèí ñîñòîèò èç ïëîñêèõ ñëîåâ óãëåðîäà òîëùèíîé â îäèí àòîì, ïðè÷åì ïîëîâèíà àòîìîâ íàõîäèòñÿ â sp-ãèáðèäèçàöèè, äðóãàÿ ïîëîâèíà – â ãèáðèäèçàöèè sp². 

Ïðè ýòîì ó ãðàôèíà åñòü ïÿòü ðàçíîâèäíîñòåé, îäíà èç íèõ – ãðàôèí-2 èëè ãðàôäèèí — áûëà ñèíòåçèðîâàíà â 2010 ãîäó ïðè ïîìîùè ðåàêöèè Ãëàçåðà. Ñåé÷àñ ôèçèêàì èç óíèâåðñèòåòà Êîëîðàäî óäàëîñü ïîëó÷èòü ϒ-ôîðìó èëè ãðàôèí-5. Ðåçóëüòàòû ýòîãî èññëåäîâàíèÿ îïóáëèêîâàíû â æóðíàëå Nature Synthesis.

Ðàçíîâèäíîñòè ãðàôèíà. Íà äàííûé ìîìåíò óäàëîñü ñèíòåçèðîâàòü ãðàôèí-2 è â ïîñëåäíåì ýêñïåðèìåíòå – ãðàôèí-5 èëè ϒ-ãðàôèí. Èçîáðàæåíèå: Masoumeh Ozmaian et al.

Äåëî â òîì, ÷òî ðàíåå äåëàëèñü ïîïûòêè ñèíòåçèðîâàòü ãðàôèí íà îñíîâå íåîáðàòèìûõ ðåàêöèé ñî÷åòàíèÿ. Òàêîé êàê ðàç ÿâëÿåòñÿ ðåàêöèÿ Ãëàçåðà – ýòî îêèñëåíèå àëêèíîâ äî àöåòèëåíîâ â ñïèðòîâîì ðàñòâîðå àììèàêà ñ ïðèñóòñòâèåì ñîëåé îäíîâàëåíòíîé ìåäè. Íî ïðè ýòîì îáðàçóþòñÿ íàíîìàòåðèàëû, â êîòîðûõ îòñóòñòâóåò äàëüíèé ïîðÿäîê.

 íîâîì èññëåäîâàíèè äëÿ ïîëó÷åíèÿ êðèñòàëëè÷åñêîãî ãðàôèíà-5 ó÷åíûå ïðèìåíèëè îáðàòèìûé ñèíòåç ìåòàòåçèñà àëêèíîâ. Ýòî îðãàíè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ, âî âðåìÿ êîòîðîé õèìè÷åñêèå ñâÿçè àëêèíîâ ìîãóò ïåðåðàñïðåäåëÿòüñÿ, ðàçðåçàòüñÿ èëè äàæå ïðåîáðàçîâàòüñÿ. Ïðè ýòîì âîçíèêàþò íîâûå óïîðÿäî÷åííûå ñòðóêòóðû è êðèñòàëëè÷åñêèå ðåøåòêè, íàïðèìåð, êàê â ñèíòåòè÷åñêèõ ÄÍÊ-ïîäîáíûõ ïîëèìåðàõ.

Ôèçèêè èñïîëüçîâàëè äâà ðàçíûõ ãåêñààëêèíèëçàìåùåííûõ áåíçîëà êàê ñîìîíîìåðû, ÷òî ïîçâîëèëî ñîáëþñòè áàëàíñ ìåæäó êèíåòè÷åñêèì è òåðìîäèíàìè÷åñêèì êîíòðîëåì âî âðåìÿ ñèíòåçà.

Ñõåìà îáðàçîâàíèÿ ãðàôèíà â ðåçóëüòàòå ðåàêöèè àëêèíîâîãî ìåòàòåçèñà. Èçîáðàæåíèå: Yiming Hu et al.

Äëÿ âûÿâëåíèÿ ðåçóëüòàòà çàäåéñòâîâàëè ïîðîøêîâóþ ðåíòãåíîãðàôèþ è äèôðàêöèþ ýëåêòðîíîâ, êîòîðûå ïîêàçàëè, ÷òî êðèñòàëëè÷åñêèå ðåøåòêè íåñêîëüêèõ ñëîåâ ãðàôèíà ðàñïîëàãàþòñÿ â øàõìàòíîì ïîðÿäêå. Òàêæå èññëåäîâàòåëè èçó÷èëè ñêëàä÷àòîñòü íîâîãî âåùåñòâà, ïðè÷åì ïðè ðàññëàèâàíèè âíóòðè êàæäîé ÷åøóéêè ïîëó÷àëèñü «ñòóïåíè» âûñîòîé âñåãî 9 íì.

Òåïåðü, êîãäà ìàòåðèàë ñîçäàí, ó÷åíûå ïëàíèðóþò ïîäðîáíî èçó÷èòü åãî ñâîéñòâà, à òàêæå ðàçðàáîòàòü òåõíîëîãèþ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ãðàôèíà â ïðîìûøëåííûõ ìàñøòàáàõ.

Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî â áóäóùåì ãðàôèí áóäåò àêòèâíî èñïîëüçîâàòüñÿ â íàíî- è òåðìîýëåêòðîíèêå è äëÿ ïðîèçâîäñòâà ëèòèé-èîííûõ áàòàðåé. Òàêæå òðóáêè èç ãðàôèíà ñ äîáàâëåíèå ìåòàëëîâ ìîæíî áóäåò ïðèìåíÿòü äëÿ õðàíåíèÿ âîäîðîäà â ñôåðå íàêîïëåíèÿ ýíåðãèè.

Ëó÷øèå ðîóòåðû ñ Wi-Fi 6: õèòû ïðîäàæ

Êîììåíòàðèè
Ñòàòüè ïî òåìå