Объединив свойства графена и тефлона, нобелевские лауреаты этого года создали новый материал – фторографен.
Информация о недавнем открытии опубликована в журнале Small.
Константин Новоселов и Андрей Гейм из Манчестерского университета (Великобритания) впервые получили графен в 2004 году. Они обнаружили, что графен является тончайшей и наиболее прочной модификацией углерода, а также может проводить тепло лучше, чем любой другой известный материал. Как электропроводник, он проявляет себя так же хорошо, как медь. Недавние исследования ученых привели к созданию нового производного материала, который по прочности не уступает графену, а по устойчивости даже превосходит, но совсем не проводит электричество. Этот материал назвали фторографен (fluorographene).
Графен представляет собой одноатомный слой графита, который есть в обычных карандашах. На молекулярном уровне графен имеет плоскую сотовидную структуру связанных шестигранников с углеродными атомами на вершинах. Облака электронов распространяются через верхние и нижние поверхности, именно поэтому материал так хорошо проводит электричество.
Ученым удалось поместить атом фтора в каждый одиночный атом углерода, что привело к разрушению облака электронов и препятствовало нормальному движению электротока, но не нарушило целостности углеродной конструкции. В предыдущем опыте вместо фтора они добавляли атом водорода, но оказалось, что итоговый материал не выдерживал высоких температур.
Аспирант Манчестерского университета Рахул Равеендран-Нейр (Rahul Raveendran-Nair) описывает фторографен как
тончайший изолятор, сделанный путем присоединения атомов фтора к каждому атому углерода в графене. Это первый стехиометрический химический производный графеновый материал, который также является полупроводником с широкой запрещённой зоной. Фторографен механически прочен, химически и термостабилен. Свойства этого нового материала очень напоминают тефлон, поэтому мы его называем 2D-тефлон».
Разработать подходящую технологию для создания 2D-тефлона была непросто.
Фтор – химически высокоактивный элемент, он вступает в реакции практически с любыми веществами. Поэтому основной проблемой было полностью фторировать графен, не нарушив сам материал и его направляющую подложку. Решить эту проблему удалось с помощью фторирования однослойной графеновой мембраны на химически инертной опорной решетке и графеновом листе при повышенной температуре», – объясняет Равеендран-Нейр.
Авторы предполагают, что фторографен можно будет использовать в электронике, например, как туннельный переход, высококачественный изолятор или защитный материал для органической электроники. Как широкозонный полупроводник, полностью прозрачный по отношению к видимому свету, фторографен мог бы найти применение в светодиодах и дисплеях.
Кроме манчестерской команды, в работе принимали участие ученые из Китая (Шэньянская национальная лаборатория материаловедения), Нидерландов (Радбудский университет в Неймегене), Польши (Институт технологии электронных материалов), России (Институт неорганической химии им.А.В. Николаева СО РАН). По словам Равеендран-Нейра, наличие такой мощной команды помогло провести тщательное исследование фторографена:
Все мы упорно работали на благо этого проекта. Мы использовали множество характеризационных методик и провели множество детальных исследований, чтобы понять свойства нового материала». В ходе проекта Новоселов и Гейм были объявлены Нобелевскими лауреатами, но жизнь участвующих в проекте из-за этого сильно не изменилась: «Даже в сегодняшней, занятой жизни они до сих пор очень тесно работают со своими коллегами и активно участвуют в ежедневных исследованиях, – говорит Равеендран-Нейр. – Работа под их началом очень вдохновляет».
