Графен. Графен и материалы на его основе
 Скачать 18.46 Kb.
|
|
Графен и материалы на его основе Введение Углерод – один из самых распространённых элементов – не перестаёт удивлять появлением всё новых и новых форм. Мало того, что вся живая природа и её ископаемые остатки – нефть и уголь – построены на основе его соединений. Миллионы искусственно полученных, подчас весьма сложных органических соединений – детище углерода. Ни у одного другого элемента периодической системы нет такого разнообразия соединений. Но и в виде форм простого вещества, как теперь ясно, углерод также рекордсмен. Своим разнообразием простых форм углерод в своё время «взорвал» наивные представления о том, что каждый элемент должен существовать только в виде одного простого вещества и продолжает это делать до сих пор. Появление графена – яркий тому пример. Он пополнил число «простых веществ» на основе углерода и придал новый импульс развитию нанотехнологий. В последнее время ажиотажный интерес к нанотехнологиям начал постепенно падать, что, конечно, неплохо. Одна из причин – отсутствие результатов, видимых широкому кругу непрофессионалов, в то время как серьёзные научные достижения в этой области периодически появляются. Открытие графена и присуждение нобелевской премии по физике за 2010 г К.Новосёлову и А.Гейму на какое-то время возродило интерес к нанопроблемам, но и он быстро сошёл на нет. Причина – непонимание важности этого открытия не только широкой публикой, но и специалистами. «Подумаешь, прилепили что-то скотчем и отлепили – и за это Нобелевская премия?» – такой рефрен звучал и в публикациях некоторых серьёзных авторов (см., например, статью д.ф.-м.н. Д. Квона «Ода советской физике», Независимая газета, НГ-наука 22.12.2010). Таким упрощенческим взглядам способствовали (вольно или невольно) сами авторы открытия в своих публичных выступлениях. Графит Графит изучается давно и его свойства и характеристики подробно описаны в многочисленных монографиях и справочниках. Ниже приводится лишь то, что необходимо для понимания особенностей. Углерод, модификации, графит свободный углерод в природе встречается в двух основных видах: алмаз и графит, а среди синтетических видов следует отметить карбин, фуллерен, нанотрубки, пиролитический графит и др. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углеродного атома принимать тетраэдрическую sp3 – (алмаз), тригональную sp2 – (графит, фуллерен, нанотрубки) или линейную sp-(карбин) гибридизации [2, 3]. Графит является наиболее устойчивой при нормальных условиях модификацией углерода. Существует три типа графитов с почти идеальной структурой: 1) природный графит; 2) спелевый или киш-графит (выделения графита, кристаллизующиеся в процессе выплавки чугуна); 3) искусственный графит (образуется при дегидрогенизации и полимеризации углеводородов из конденсированной или газовой фазы) [2]. Графен Графен – это слой углерода толщиной в один атом, состоящий из конденсированных шестичленных колец. Атомы углерода в графене соединены sp2 - связями в гексагональную двумерную (2D)решетку. С материаловедческой точки зрения однослойный графен – это не материал, а вещество; больше того, это отдельная молекула и, надо сказать, не самая большая из известных. С химической точки зрения однослойный графен – это полимер, причём всего одна молекула полимера с массой около 1-го пикограмма заставляют относиться к графену как к весьма перспективному объекту нанотехнологии, на основе которого могут быть получены материалы нового класса, обладающие выдающимися потребительскими свойствами. Вскоре после открытия графенов в 2004 г. возникло множество исследовательских групп, работающих над развитием новых методов получения этих регулярных углеродных структур, представляющих собой плоские двумерные слои, выложенные атомами углерода. Цель этих работ состоит в разработке относительно простой и недорогой процедуры получения макроскопических количеств графенов и материалов на их основе с тем, чтобы сделать этот уникальный материал доступным для прикладного использования. С материаловедческой точки зрения однослойный графен – слой толщиной 0.35 нм как таковой не может быть материалом, – это вещество. Вопрос о том, как из однослойного графена сделать материал и не потерять (или, если потерять – то минимально) его уникальные свойства – это общий вопрос создания материалов из наночастиц различного состава. Здесь имеется несколько направлений: мягкое компактирование, фиксация на подложках различной природы и введение в матрицы, неорганические или полимерные. То есть мы можем получить уникальные материалы на основе графена, используя различные методы его введения может получиться как очень легкий материал для производства крыла самолёта, так и композит с огромной огнеупорностью. Заключение Анализ литературных данных и проведенные эксперименты показали, что можно с успехом использовать традиционные пути создания материалов из нанообъектов для получения материалов на основе графена. Наиболее предпочтительными методами при этом на настоящий момент представляются мягкое компактирование, фиксация на подложках различной природы и введение в матрицы, неорганические или полимерные. Вопрос о том, в какой мере при этом сохраняются уникальные свойства однослойного графена остается открытым. Список используемых источников Химическая энциклопедия. Кнунянц И.Л. (ред.). – М.: Сов. энцикл., 1998. Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. – М.: Аспект Пресс, 1997. Энциклопедия «Современное естествознание». Сойфер В.Н. (ред.). – М.: Изд. дом Магистр-Пресс, 2002 Убеллоде А.Р., Льюис Ф.А. Графит и его кристаллические соединения. – М.: Мир, 1965. Dresselhaus M.S., Araujo P.T. Perspectives on the 2010 Nobel Prize in Physics for Graphene // ASC Nano, 2010, 4, 11, 6297-6302. Chung D.D.L. Review graphite // J. of Mater. Sci., 2002, 37, 1475-1489. |