Возьмите графен, проделайте в нем отверстие — и вы увидите, как этот «материал будущего» восстановится сам.
Самолечение графена: Исчезающий разрыв
Снимки, иллюстрирующие процесс «самовосстановления» графена. (а) и (d) Появление повреждения. (b) и (e) Отверстие затянулось с появлением новых сопряженных углеродных колец из 5 и 7, а также 5 и 8 атомов. (c) и (f) Никаких следов повреждения, все кольца стали 5- и 7-членными

Поразительные свойства плоских углеродных структур графена, его невероятная прочность, электропроводность позволяют считать, что в будущем он позволит совершить серьезный прорыв в целом ряде областей, создать электронику, способную работать на недостижимом сегодня уровне производительности, сверхчувствительные датчики, сверхпрочные материалы и так далее, и так далее. Возможно, уже наши дети будут жить в «мире графена», как мы сегодня живем в «мире кремния».

Порой кажется, будто пределов для графена не существует: сообщения о все новых его удивительных свойствах появляются регулярно. Об одном из них сообщили недавно ученые, работающие под руководством Константина Новоселова, Нобелевского лауреата 2010 г., нашего бывшего соотечественника и одного из первых исследователей графена. Открытый ими процесс может открыть «графеновому будущему» широкую дорогу.

Дело в том, что практическое применение графена до сих пор сталкивается с одной пока непреодоленной проблемой: получить пленки этого материала в достаточных количествах, достаточных размеров и при не слишком больших затратах никак не удается. Сложность вполне понятная, если вспомнить, что графен имеет толщину в один атом, а вырастить требуется пленки площадью в триллионы атомов.

Это дополняется известной легкостью, с которой атомы углерода образуют связи друг с другом: пленка легко сворачивается, изгибается, замыкается сама на себя, создавая всевозможные структуры от трубок и сфер до всякого рода экзотики. Связывается углерод и с другими атомами, которые, включаясь в состав графена, также нарушают его структуру.

За поведением такой графеновой пленки и наблюдали Новоселов с коллегами, обнаружив новое весьма обнадеживающее свойство этого материала: в силу тех же свойств атомов углерода он самовосстанавливается. Авторы проделывали отверстия в графене с помощью пучка электронов, а для стабилизации этих дыр добавляли атомы палладия или никеля, катализирующие распад углерод-углеродных связей. Однако выяснилось, что если добавлять в смесь дополнительный углерод, он замещает атомы металлов и достаточно быстро «залечивает» отверстие.

Структура образующейся на его месте «заплатки» определяется формой углерода, использованного для нее. Если он подается в систему в углеводородах, «заплатка» выделяется дефектами в структуре графена. Если же углерод доступен в чистом виде, он включается в структуру совершенно незаметно и естественно.

Теоретически, эта способность открывает возможность получения графеновых пленок нужного размера: в месте образующегося дефекта достаточно вносить разрывы и дополнительный углерод для восстановления.

По публикации MIT Technology Review / Physics arXiv Blog