• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
23 марта
ФизТех
2
888

«Закалка» лазерным излучением улучшила графен

4.6

Российские ученые выяснили, почему при высоких температурах оксид графена не сгорает, а становится основой для перспективной и недорогой методики получения графена.

Дефектный графен / ©Пресс-служба МФТИ

Результаты исследования опубликованы в журнале Carbon. Хотя с момента вручения Нобелевской премии за эксперименты по исследованию графена прошло уже более десяти лет, пока не разработано эффективной и недорогой методики получения качественного графена большой площади, которую можно было бы перенести на получение промышленных объемов.

Одной из перспективных идей в этом направлении является применение лазерного излучения для восстановления графена из оксида графена. Сам оксид графена при этом получается химическим путем из обычного графита. Лазерная методика восстановления привлекательна своей дешевизной и возможностью контролируемо варьировать качество получаемого материала.

Несколько лет назад группа ученых из Сколтеха обнаружила, что графен достаточно высокого качества можно получить в ходе импульсного лазерного нагрева оксида до 3300–3800 К даже в обычной воздушной атмосфере.

«Такой результат коллег был очень неожиданным: удивительно, что при таких высоких температурах у них получалось что-то хорошо структурированное, ведь углеродные материалы активно горят в присутствии атмосферного кислорода уже начиная с температур 600–800 К. А в эксперименте при существенно бо́льших температурах графен, напротив, приобретал хорошие структурные свойства, — рассказывает Никита Орехов, заместитель заведующего лабораторией суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ.

а – обозначенные красным атомы углерода на границах графеновых листов “сгорают” под воздействием лазерных импульсов. b – в центральных областях графеновых листов происходит отжиг: графен выстраивается в правильную устойчивую структуру / ©Пресс-служба МФТИ

— Чтобы разобраться в природе этого неожиданного эффекта, мы решили воспользоваться методами суперкомпьютерного атомистического моделирования и изучить процесс восстановления оксида графена при высоких температурах, проведя дополнительное экспериментальное исследование по схеме коллег».

Атомистическое моделирование позволяет численно описывать и предсказывать поведение каждого отдельного атома в некотором, как правило, очень небольшом объеме вещества. С вычислительной точки зрения такие методы являются крайне ресурсоемкими и требуют использования высокопроизводительных машин, способных для решения одной задачи задействовать одновременно сотни, а порой и тысячи отдельных процессоров, — так называемых суперкомпьютеров.

В ходе расчетов ученые обнаружили, что, с одной стороны, при высоких температурах (>3000 К) атомы кислорода из газового окружения действительно активно взаимодействуют с графеном, окисляя и разрушая его. С другой, при этих же температурах начинается быстрый отжиг кристаллической решетки — устранение дефектов путем аккуратного нагрева и последующего охлаждения материала. За счет отжига решетка, наоборот, упорядочивает свою структуру.

«Получается, что при воздействии лазерных импульсов в масштабах одного материала сосуществуют два противоположных процесса. Но они разнесены пространственно: горение — разрушение — происходит на дефектах и границах графеновых листов — там, где атомы углерода наиболее химически активны. Отжиг же наблюдается преимущественно в центральных областях, в которых атомам выгодно вернуться в устойчивую конфигурацию», — комментирует Станислав Евлашин, ведущий научный сотрудник Центра технологии материалов Сколтеха.

Полученные результаты проливают свет на поведение оксида графена при экстремальных температурах — в области, где проведение прямого экспериментального анализа практически не представляется возможным. Понимание процессов, описанных в работе, может помочь в дальнейшем развитии и оптимизации методов получения высококачественного графена с большой площадью монокристаллов. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 12:01
Александр Березин

Новое оружие призвано решить проблему наиболее массовых, «гражданских» дронов. Борьба с ними с помощью обычных средств ПВО до сих пор была «стрельбой из пушки по воробьям».

Вчера, 19:40
Мария Азарова

Международная команда исследователей выяснила причину загадочной «шатающей» болезни, которая с 1970-х убивала кошек во многих европейских странах и порой поражала других млекопитающих.

Позавчера, 12:03
Алиса Гаджиева

В Восточной Анатолии обнаружили руины цитадели, которую, по мнению специалистов, невозможно было захватить.

Позавчера, 12:03
Алиса Гаджиева

В Восточной Анатолии обнаружили руины цитадели, которую, по мнению специалистов, невозможно было захватить.

Вчера, 12:01
Александр Березин

Новое оружие призвано решить проблему наиболее массовых, «гражданских» дронов. Борьба с ними с помощью обычных средств ПВО до сих пор была «стрельбой из пушки по воробьям».

Позавчера, 19:02
Мария Азарова

По мнению главы «Роскосмоса», именно тема спутникостроения в России остается «одной из самых тревожных» и в то же время важных.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

28 июня
Мария Азарова

Также «на всякий случай» госкорпорация по космической деятельности опубликовала координаты этих «центров» в разных странах.

13 июня
Александр Березин

В последний раз немецкий танк получал имя «Пантера» в 1940-х, во времена Второй мировой войны, причем вооружение для него разрабатывал Rheinmetall-Borsig — предшественник разработчика и нынешней новинки.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

Как же я жду этот сраный графен, хочу космический сраный лифт
    -
    0
    +
    Подозреваю, что механические свойства графена не настолько выдающиеся, чтобы он был пригоден для орбитального лифта. Ну, модуль Юнга в несколько раз выше, чем у классических материалов, ну, легче он металлов. Какая при этом прочность у макроскопического кристалла графена с дефектами - никому пока не ведомо. Вряд ли этого всего хватит, чтобы приблизиться к орбитальным лифтам хоть сколько-то ощутимо.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: