Дышащая пена: Графен против террора
Определенная микроструктура делает некоторые вещества высоко чувствительными к присутствию в воздухе различных химических соединений, что делает их отличными кандидатами на роль детекторов взрывчатых веществ. Увы, миниатюрность таких веществ имеет и обратную сторону: их крайне непросто интегрировать в детекторы, которые при этом становятся довольно дорогостоящими и хрупкими в обращении. Вдобавок, после обнаружения искомого соединения их приходится подолгу и тщательно очищать от него для следующего использования.
Этих недостатков лишена новая «графеновая пена», представленная недавно американскими исследователями из группы Нихиля Кораткара (Nikhil Koratkar) совместно с коллегами из Китая. Авторам удалось создать технологию получения фрагментов такой пены размерами примерно с почтовую марку — и состоящих из целостных графеновых структур. Ими удобно манипулировать, они эластичны, прочны, легко очищаются — и вдесятеро более чувствительны, чем используемые сегодня детекторы на основе органических полимеров.
Принципиально технология выглядит довольно просто: ученые лишь выращивают графен на поверхности никелевой пены, которая выступает в роли «скелета», на котором образуется нужная микроструктура макроскопических размеров — затем его удаляют, оставляя лишь графен.
В лаборатории ученые испытали способности этой «графеновой пены» обнаруживать присутствие в воздухе аммиака и диоксида азота (они являются характерными следами, по которым часто выявляют наличие взрывчатых веществ): их молекулы «прилипают» к графеновой структуре, меняя ее электрическое сопротивление, которое и может измерять детектор. Эффективность системы впечатляет. К примеру, аммиак в количестве 1000 частей за 5−10 минут менял сопротивление графена на треть.
Для аналогичного эффекта современным детекторам требуется вдесятеро большее количество вещества. Вообще же обнаружить присутствие аммиака с помощью новой «графеновой пены» можно уже начиная с 20 частей на миллион — границы, совершенно недоступной используемым сегодня детекторам. Вдобавок, в отличие от многих из них, «графеновой пене» не требуется для работы ни повышенной температуры, ни давления — все происходит при комнатных условиях. Очистка же ее после использования также проста: достаточно приложить к графену ток силой от 100 мА, и частицы вещества «отлипают» от него.
Не худшие показатели демонстрирует пена и в тестах с диоксидом азота, причем авторы уверены, что, слегка варьируя микроструктуру, можно получать аналогичные материалы для обнаружения и других соединений.
По пресс-релизу Rensselaer Polytechnic Institute