Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2009 № 07

Впрочем, до «звездных войн» дело, к счастью, не дошло. Но это не значит, что ныне интерес к графиту потерян. Им сегодня серьезно занимаются в Государственном НИИ конструкционных материалов. Гордость института — небольшой ромбовидный блок. По словам заместителя директора института, доктора технических наук Н.Ю. Бейлиной, этот блок из искусственного графита не что иное, как чрезвычайно ответственная деталь атомного реактора.

Искусственный графит делают из нефтяного кокса и продукта переработки каменного угля — пека при температуре до 2800 градусов. Получается прочный, плотный материал, изъяном которого до недавних пор считалась хрупкость. Однако теперь научились создавать и гибкие композиты, например, графитофторопласт.

Композитное полотно на основе углеволокна применяют в ракетно-космической технике, из него также делают чрезвычайно легкие, прочные планеры и корпуса парусных яхт. Изготовляют из материалов на основе углерода и эндопротезы, используемые при переломах. Такие протезы хорошо совмещаются с человеческим организмом. Суставы плеча, бедра, позвонки, сердечные клапаны, даже элементы глазных протезов тоже делают на основе углеродного композита.

И это еще не все.

Недавно ученые выяснили, что если удалить из графена — слоя графита толщиной в 1–2 атома все примеси, то подвижность электронов в нем побьет все рекорды: она будет в 100 раз больше, чем в кремнии, в 20 раз больше, чем в арсениде галлия GaAs), и даже выше, чем в абсолютном рекордсмене среди всех полупроводников — антимониде индия (InSb). А это значит, что из графена можно делать сверхбыстрые процессоры и другую электронику, работающую даже в терагерцовом диапазоне частот — малодоступной пока области электромагнитных волн, которая таит в себе немало открытий и важных практических приложений.

Расчеты смогли подтвердить на практике исследователи из Рутгерского университета (США). Ученые под руководством профессора Мэниша Чховеллы разработали относительно простой и дешевый способ изготовления из графена тончайших прозрачных пленок. Они уверяют, что могут осадить графен практически на любую подложку, включая гибкую полимерную, причем в виде лент практически неограниченных размеров.

Делается это так. Сначала специалисты смешивают с водой графитовые чешуйки. Затем в полученную суспензию добавляют серную или азотную кислоту. Атомы кислорода, встраиваясь между отдельными графеновыми слоями, окисляют их, способствуя разделению. В результате в воде образуются графеновые листочки. Эту взвесь фильтруют через мембрану с порами диаметром 25 нм. Вода проходит сквозь поры, а графеновые чешуйки задерживаются. Затем мембрану перекладывают на подложку вниз стороной, покрытой графеновыми чешуйками, и растворяют в ацетоне. Оставшуюся пленку выдерживают в гидрозине для преобразования графенового оксида в графен. Толщину пленки легко регулировать, изменяя объем используемой суспензии: так, при объеме 20 мл образуется пленка толщиной 1–2 нм, при 80 мл — 3–5 нм.

Проводящий прозрачный материал в ближайшие годы найдет применение в солнечных батареях, проекторах, сенсорных экранах и дисплеях. На графене, путем пере мещения пленки на кремниевую подложку и осаждения на нее золотых электродов, получены и транзисторы. Кроме того, графеновый слой толщиной в один атом необычайно чувствителен к каждому осажденному на нем атому другого вещества. Это позволяет делать газовые сенсоры и миниатюрные химические датчики высочайшего качества.

И наконец, самые последние известия. В начале нынешнего года физикам из Университета Манчестера, при поддержке коллег из Голландии и России, удалось впервые синтезировать еще один удивительный материал — графан. Так называется пленка графена, к каждому атому углерода которой присоединен атом водорода.

Этот материал не раз пытались синтезировать, но без особого успеха. Дело в том, что для присоединения водорода к графену необходимо сначала разбить его молекулу на атомы. А для этого обычно требуется высокая температура, которая графен разрушает. В Манчестере нашли способ обойти эту проблему, применив для разрушения молекул водорода электрический разряд.

Исследование электрических и структурных свойств графана показало, что в нем, в согласии с предсказаниями теоретиков, к каждому атому углерода присоединен один атом водорода. При этом гексагональная структура графена не нарушена, но атомы углерода немного развернуты и сближены друг с другом. Эти изменения превращают графан в хороший диэлектрик. При нагреве графана водород улетучивается, и первоначальная структура графена полностью восстанавливается.