Алмазы в графене

И. Иванов
(«ХиЖ», 2024, №8)

Углерод может принимать разные аллотропные формы. Среди них хорошо известны алмаз, слоистый графит, графен. Последний представляет собой один (атомная толщина 0,35 нм) или несколько слоев графита. Твердый и прозрачный алмаз в природе встречается в породах магматического происхождения, реже — в метеоритах. Прочный графит рождается в недрах Земли под влиянием высоких температур и давлений. Графен чаще всего получают в лабораториях искусственно. Иногда его добавляют в различные материалы для изменения их свойств.

Ученые из НИТУ «МИСиС», ИФП имени А.В. Ржанова СО РАН и ОИЯИ, руководимые доктором физико-математических наук Павлом Борисовичем Сорокиным, упрочнили графен, вырастив в нем алмазные наноструктуры. Сначала многослойную. графеновую пленку, помещенную на металлическую сетку электронного микроскопа, облучили пучком ионов ксенона с высокой энергией (26–167 МэВ). Под их действием за триллионные доли секунды в графеновых слоях температура местами возрастала до нескольких тысяч градусов. В результате в пленках возникали ударные волны, которые создавали очаги высокого давления. Здесь-то и начинали расти кристаллы алмазов.

Диаметр этих кристаллов составлял от 5 до 20 нанометров и примерно втрое превышал толщину графеновой пленки. Наноалмазы группировались вместе и, как правило, располагались вокруг областей пролета ионов ксенона через пленку. Интересно, что алмазы размером менее 2 нанометров были нестабильны и быстро теряли упорядоченную структуру.

Ученые исследовали механические свойства нового материала и оценили его прочность на разрыв при растягивании и продавливании. Оказалось, что алмазные включения повышают жесткость пленки в несколько раз. Новый материал сочетает преимущества графена и алмаза. Как и первый, он легок и способен проводить электрический ток, но при этом прочен, как второй. Этот эффект ученые ранее предсказали при математическом моделировании двумерного композита.

Композит пригодится там, где нужны стойкие функциональные покрытия, в частности в космической технике, авиации, автомобильной промышленности и биомедицинских устройствах. Исследователи также считают двумерные наноалмазы, которые трудно создать другими методами, перспективным материалом для наноэлектроники. Уже сейчас ясно, что механическими свойствами нового материала легко управлять. Результаты исследования опубликованы в журнале Carbon.

Разные разности
(«ХиЖ» 2024, №10)
Парадокс золотых самородков
Недавно австралийские ученые решили повнимательнее присмотреться к кварцу, в котором зарождаются золотые слитки. Какие у него есть необычные свойства? Одно такое свойство мы знаем — способность под давлением порождать пьезоэлектричество. Так, мо...
(«ХиЖ» 2024, №10)
Пишут, что...
…за четыре года, прошедших с момента возвращения «Чанъэ-5» на Землю, ученые проанализировали доставленный лунный грунт и нашли в нем минерал (NH4)MgCl3·6H2O, который содержит более 40% воды… …у людей с успешным фенотипом старения, то есть у до...
(«ХиЖ» 2024, №9)
Лучшее дерево для города
Немецкие ученые обследовали 5600 городских деревьев и их взаимодействие с окружающей средой. На основе этих данных исследователи создали интерактивную программу «Городское дерево». Она учитывает местоположение, состояние почвы и освещенность в&n...
(«ХиЖ» 2024, №9)
Потепление замедляет вращение Земли
Нам всем кажется, что время ускоряется. А на самом-то деле — наоборот. Оказывается, Земля замедляет вращение вокруг своей оси. И виной тому — глобальное потепление.