Международная исследовательская группа открыла новый метод производства лент из графена, называемых нанолентами. Используя водород, им удалось расстегнуть одностенные углеродные нанотрубки. Этот метод также открывает дорогу для производства нанолент графана, модифицированной и многообещающей версии графена.
Тонкий чешуйчатый углерод толщиной всего в один атом стал всемирно известен в прошлом году. Открытие суперматериала графена принесло Андрею Гейму и Константину Новоселову Нобелевскую премию по физике 2010 года. Графен обладает широким спектром необычных и очень интересных свойств. Как проводник электричества он работает так же, как медь. Как проводник тепла он превосходит все другие известные материалы.
Существуют возможности для достижения сильных вариаций свойств графена, например, путем изготовления графена в виде лент различной ширины, так называемых нанолент. Наноленты были впервые получены два года назад. Метод их производства состоит в том, чтобы начать с углеродных нанотрубок и использовать обработку кислородом, чтобы расстегнуть молнию на наноленты. Однако этот метод оставляет атомы кислорода на краях нанолент, что не всегда желательно.
В новом исследовании исследовательская группа показывает, что также возможно расстегнуть однослойные углеродные нанотрубки, используя реакцию с молекулярным водородом. Наноленты, полученные новым методом, будут иметь водород по краям, и это может быть преимуществом для некоторых приложений. Александр Талызин, физик из Университета Умео в Швеции, в течение последнего десятилетия изучал, как водород реагирует с фуллеренами, представляющими собой молекулы углерода в форме футбольного мяча.
"Обработка углеродных нанотрубок водородом стала логическим продолжением наших исследований. Наш предыдущий опыт очень помог в этой работе", - говорит Александр Талызин.
Нанотрубки обычно закрыты полусферическими чашечками, по сути, половинками молекул фуллерена. Исследователи ранее доказали, что молекулы фуллерена могут быть полностью разрушены при очень сильном гидрировании. Поэтому они ожидали аналогичных результатов для концевых чашек нанотрубок и пытались открыть нанотрубки с помощью гидрирования. Эффект действительно подтвердился, и им также удалось выявить некоторые другие интересные эффекты.
Самым интересным открытием стало то, что некоторые углеродные нанотрубки расстегнулись в графеновые наноленты в результате длительной обработки водородом. Что еще более интересно, расстегивание нанотрубки с водородом, прикрепленным к боковым стенкам, может привести к синтезу гидрогенизированного графена: графана. До сих пор графан пытались синтезировать в основном путем реакции водорода с графеном. Это оказалось очень сложно, особенно если графен находится на какой-то подложке и для реакции доступна только одна сторона. Однако водород гораздо легче реагирует с искривленной поверхностью углеродных нанотрубок.
"Наша новая идея состоит в том, чтобы использовать гидрированные нанотрубки и разархивировать их в графановые наноленты. Пока сделан только первый шаг к синтезу графановых нанолент, и требуется еще много работы, чтобы сделать наш подход эффективным", - объясняет Александр. Талызин. «Объединение опыта и знаний нескольких групп в разных университетах стало ключом к успеху».