Графен
В марте 2007 года в британском журнале Nature появилось несколько статей ученых из Манчестерского университета Великобритании и их коллег из Германии и Голландии, посвященных очередному прорыву в исследованиях тончайших углеродных материалов — графенов. Неформальные лидеры этого интернационального научного коллектива, специалисты Группы мезоскопной физики (автономного подразделения Манчестерского университета) Андре Гейм и Костя Новоселов — наши экс-соотечественники, в бытность гражданами СССР и России звавшиеся Андреем и Константином.Полученные Геймом, Новоселовым и их коллегами стабильные углеродные наноматериалы толщиной всего в один атом углерода (порядка 0,1 нм) могут стать основой будущей микроэлектроники, сменив современные кремниевые технологии.
Экспериментальное открытие графена в 2004 году все той же группой Гейма-Новоселова стало важнейшим звеном в цепочке исследований углеродных структур, начало которым было положено в 1985−м, когда ученым удалось обнаружить принципиально новые углеродные соединения — фуллерены, каркасные сферические многогранники, составленные из правильных пяти— и шестиугольников с атомами углерода в вершинах. Открывшие фуллерены британец Гарольд Крото и американцы Роберт Керл и Ричард Смолли в 1996 году получили Нобелевскую премию по химии.
К слову сказать, Гейм после эмиграции долгое время работал в голландском Университете Неймегена и, до того как всерьез увлекся графеновыми исследованиями и переехал в Великобританию, успел в 2000 году стать «шнобелевским» лауреатом в области физики за «использование магнитов для подвешивания (левитации) лягушки» (такова официальная формулировка создателей альтернативной научной премии, присудивших ему эту шуточную награду). Оценить шансы Гейма стать истинным нобелевцем пока довольно трудно, но почти наверняка можно утверждать, что они отнюдь не равны нулю.
Графен вместо кремния
В 1991 году сотрудник японской корпорации NEC Сумио Идзима выяснил, что атомы углерода могут образовывать не только сферические, но и полые цилиндрические структуры — длиной до сотен микрометров и диаметром около нанометра. Свежеиспеченные (в буквальном смысле этого слова: эксперименты проводились при температуре порядка 4 тыс. градусов) макромолекулы получили название углеродных нанотрубок. В дальнейшем учеными были получены нанотрубки разной геометрии — как однослойные, так и многослойные, напоминающие свиток.
Два года назад на свет появился еще один принципиально новый класс наноматериалов — сверхтонкие углеродные пленки. Их первооткрыватели Андре Гейм и Константин Новоселов назвали эти особые пленки графеновыми, а составляющий их материал — графеном. Практически одновременно с группой Гейма-Новоселова к схожим результатам пришли их американские коллеги из Принстонского университета (лаборатория профессора Али Яздани).
Графен, слой атомов углерода, соединенных в гексагональную (шестигранную) кристаллическую решетку, по большому счету можно считать двумерной копией трехмерного графита. Его можно представить как одну плоскость (единичный слой) графита, отделенную от объемного кристалла. Или же, как еще часто говорят, графеновые пленки — это как бы раскатанные в одной плоскости миллионы углеродных нанотрубок, сцепленных друг с другом на очень большом «листе» атомарной толщины.
Интересно отметить, что теоретическое исследование графена началось задолго до получения реальных образцов этого материала: первые публикации о возможных физических свойствах двумерных кристаллов появились в научной периодике еще в 30–40−е годы ХХ века. Однако вскоре теоретики пришли к выводу, что свободную идеальную двумерную пленку получить невозможно из-за ее нестабильности при сворачивании или скручивании, а тепловые флуктуации приводят к плавлению двумерного кристалла при любой конечной температуре.
Лишь после экспериментального открытия углеродных нанотрубок ученые вновь увлеклись поисками двумерных углеродных наноструктур, благо теоретическая база для таких материалов в приложении к углеродным нанотрубкам была к тому времени уже достаточно хорошо проработана. По словам одного из ведущих мировых специалистов в этой области американца Уолта де Хиира, «нанотрубка — это тот же графен, только скрученный в цилиндр. Поэтому при изучении узких полосок графена мы можем наблюдать те же физические и химические свойства, что и у углеродных нанотрубок». Американский ученый полагает, что однослойные углеродные нанотрубки — только первая ступень в развитии наноэлектроники, а конечная почти наверняка будет базироваться на графене.
В интервью BBC один из ведущих мировых специалистов по полупроводниковым технологиям профессор Ноттингемского университета Лоуренс Ивз высказал мнение, что открытие группы Гейма — это «одно из самых ярких событий, произошедших в области физики твердого тела за последнее десятилетие».
Графеновая бумага: фантастические перспективы
В работе, опубликованной на этой неделе в Nature, ученые из Северо-Западного университета в США под руководством профессора Родни Руоффа (Rodney Ruoff) сообщили о синтезе нового материала на основе графена, который может найти многочисленные применения. Ученым удалось получить т.н. графеновую бумагу, состоящую из нескольких слоев сшитых между собой листов оксида графена.
У графена уникальные оптические, электрические, термические и механические свойства. Материалы на основе графена будут исключительно прочными и долговечными, уступая, возможно, лишь алмазу. Проф. Руофф и его коллеги провели реакцию окисления графита. Полученный оксид при добавлении воды образует суспензию оксида графена.
При последующем удалении воды простым фильтрованием слои оксида графена формируют на фильтре диаметром в 5 дюймов (12,7 см) слой "бумаги" толщиной в 100 микрон. Напомним, что и обычная целлюлозная бумага получается аналогичным способом.
Интересно, что американские ученые предложили и несколько способов регулировать свойства графеновой бумаги. Основным инструментом здесь является степень окисления графита. По мере увеличения степени окисления проводящий материал становится сначала полупроводником, а затем и диэлектриком. Это открывает большие возможности для создания различных электротехнических материалов, в том числе наносимых на стеклянные поверхности. Можно будет использовать графеновую бумагу при создании солнечных элементов и различных вариантов "электронной бумаги".
Среди других возможных применений проф. Руофф называет, в первую очередь, различные композиционные материалы, применяемые в авиации, автомобильной промышленности, строительстве, сообщает пресс-релиз американского университета.
Источники:
http://www.expert.ru/printissues/expert/2007/10/pryzhok_russkoy_lyagushki/
http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/top/index_science.shtml?2007/07/27/260613
К слову сказать, Гейм после эмиграции долгое время работал в голландском Университете Неймегена и, до того как всерьез увлекся графеновыми исследованиями и переехал в Великобританию, успел в 2000 году стать «шнобелевским» лауреатом в области физики за «использование магнитов для подвешивания (левитации) лягушки» (такова официальная формулировка создателей альтернативной научной премии, присудивших ему эту шуточную награду). Оценить шансы Гейма стать истинным нобелевцем пока довольно трудно, но почти наверняка можно утверждать, что они отнюдь не равны нулю.
Графен вместо кремния
В 1991 году сотрудник японской корпорации NEC Сумио Идзима выяснил, что атомы углерода могут образовывать не только сферические, но и полые цилиндрические структуры — длиной до сотен микрометров и диаметром около нанометра. Свежеиспеченные (в буквальном смысле этого слова: эксперименты проводились при температуре порядка 4 тыс. градусов) макромолекулы получили название углеродных нанотрубок. В дальнейшем учеными были получены нанотрубки разной геометрии — как однослойные, так и многослойные, напоминающие свиток.
Два года назад на свет появился еще один принципиально новый класс наноматериалов — сверхтонкие углеродные пленки. Их первооткрыватели Андре Гейм и Константин Новоселов назвали эти особые пленки графеновыми, а составляющий их материал — графеном. Практически одновременно с группой Гейма-Новоселова к схожим результатам пришли их американские коллеги из Принстонского университета (лаборатория профессора Али Яздани).
Графен, слой атомов углерода, соединенных в гексагональную (шестигранную) кристаллическую решетку, по большому счету можно считать двумерной копией трехмерного графита. Его можно представить как одну плоскость (единичный слой) графита, отделенную от объемного кристалла. Или же, как еще часто говорят, графеновые пленки — это как бы раскатанные в одной плоскости миллионы углеродных нанотрубок, сцепленных друг с другом на очень большом «листе» атомарной толщины.
Интересно отметить, что теоретическое исследование графена началось задолго до получения реальных образцов этого материала: первые публикации о возможных физических свойствах двумерных кристаллов появились в научной периодике еще в 30–40−е годы ХХ века. Однако вскоре теоретики пришли к выводу, что свободную идеальную двумерную пленку получить невозможно из-за ее нестабильности при сворачивании или скручивании, а тепловые флуктуации приводят к плавлению двумерного кристалла при любой конечной температуре.
Лишь после экспериментального открытия углеродных нанотрубок ученые вновь увлеклись поисками двумерных углеродных наноструктур, благо теоретическая база для таких материалов в приложении к углеродным нанотрубкам была к тому времени уже достаточно хорошо проработана. По словам одного из ведущих мировых специалистов в этой области американца Уолта де Хиира, «нанотрубка — это тот же графен, только скрученный в цилиндр. Поэтому при изучении узких полосок графена мы можем наблюдать те же физические и химические свойства, что и у углеродных нанотрубок». Американский ученый полагает, что однослойные углеродные нанотрубки — только первая ступень в развитии наноэлектроники, а конечная почти наверняка будет базироваться на графене.
В интервью BBC один из ведущих мировых специалистов по полупроводниковым технологиям профессор Ноттингемского университета Лоуренс Ивз высказал мнение, что открытие группы Гейма — это «одно из самых ярких событий, произошедших в области физики твердого тела за последнее десятилетие».
Графеновая бумага: фантастические перспективы
Изобретение бумаги около 2 тыс. лет назад дало мощный импульс развитию цивилизации. Новый материал на основе углерода, разработанный американскими учеными и получивший название графеновой бумаги, может оказаться не менее революционным изобретением.
В работе, опубликованной на этой неделе в Nature, ученые из Северо-Западного университета в США под руководством профессора Родни Руоффа (Rodney Ruoff) сообщили о синтезе нового материала на основе графена, который может найти многочисленные применения. Ученым удалось получить т.н. графеновую бумагу, состоящую из нескольких слоев сшитых между собой листов оксида графена.
У графена уникальные оптические, электрические, термические и механические свойства. Материалы на основе графена будут исключительно прочными и долговечными, уступая, возможно, лишь алмазу. Проф. Руофф и его коллеги провели реакцию окисления графита. Полученный оксид при добавлении воды образует суспензию оксида графена.
При последующем удалении воды простым фильтрованием слои оксида графена формируют на фильтре диаметром в 5 дюймов (12,7 см) слой "бумаги" толщиной в 100 микрон. Напомним, что и обычная целлюлозная бумага получается аналогичным способом.
Интересно, что американские ученые предложили и несколько способов регулировать свойства графеновой бумаги. Основным инструментом здесь является степень окисления графита. По мере увеличения степени окисления проводящий материал становится сначала полупроводником, а затем и диэлектриком. Это открывает большие возможности для создания различных электротехнических материалов, в том числе наносимых на стеклянные поверхности. Можно будет использовать графеновую бумагу при создании солнечных элементов и различных вариантов "электронной бумаги".
Среди других возможных применений проф. Руофф называет, в первую очередь, различные композиционные материалы, применяемые в авиации, автомобильной промышленности, строительстве, сообщает пресс-релиз американского университета.
Источники:
http://www.expert.ru/printissues/expert/2007/10/pryzhok_russkoy_lyagushki/
http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/top/index_science.shtml?2007/07/27/260613
Обратные ссылки
URI этой записи для создания обратных ссылок (trackback)
Нет обратных ссылок
