Графен научили самосборке в объемные конструкции

Графен, представляющий собой плоский одноатомный лист углерода, можно обратимо складывать в объемные структуры. Ученые из Университета Джонса Хопкинса и Массачусетского технологического института научились создавать такие конструкции с помощью тонкого слоя полимеров, нанесенных на лист графена. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Графен привлекает ученых по многим причинам, к примеру, из-за своих электрических и механических свойств. Поскольку он представляет собой тонкий лист из атомов, использовать его для создания устройств бывает не очень удобно, поэтому исследователи разрабатывают различные подходы по приданию графену объемных форм. К примеру, существует относительно простая и доступная технология создания графеновой «пены» из сахара и порошка никеля. Но многие подобные технологии не позволяют создавать заданные структуры с высокой точностью.

Американские исследователи научились создавать небольшие объекты из графена, которые могут менять свою форму под действием тепла. Поскольку сам по себе графен не обладает таким свойством, ученые нанесли на поверхность графена два слоя разных полимеров, причем полимер прикреплялся к графену не за счет ковалентной связи, а за счет физических взаимодействий, в основном — стэкинга. После этого композитный лист переносился на подложку из диоксида кремния, частично покрытую алюминием. Графен прикреплялся к диоксиду кремния, а алюминий служил временным поддерживающим слоем, который затем удалялся.

Ученые использовали довольно распространенный механизм изменения формы при изменении температуры. Он основан на том, что два использованных полимера по-разному расширяются и сокращаются при изменении температуры. Это несовпадение вызывает напряжения и изгиб слоеной конструкции. За счет этого эффекта исследователи создали несколько образцов, к примеру, цветок, складывающий лепестки при нагревании с комнатной температуры до примерно 45 градусов Цельсия.

Недавно группа физиков из Финляндии и Китая обнаружили, что при облучении графена короткими лазерными импульсами в нем могут образовываться объемные структуры высотой в несколько десятков нанометров. Исследователи научились создавать таким методом различные структуры с высокой точностью, например, пирамиды.

Григорий Копиев