Ученые слепили графенового снеговика

Американские и тайваньские исследователи научились создавать из оксида графена тестообразную массу, легко поддающуюся обработке и превращению в объекты различной формы, к примеру, в снеговика. Главная особенность метода заключается в том, что частицы оксида графена удерживаются между собой благодаря воде, а не скрепляющим веществам, рассказывают авторы статьи в Nature Communications.

Графен представляет собой одноатомные плоскости, состоящие из углеродных шестиугольников. В таком виде он применим в микроэлектронных и других устройствах, однако ученые также разрабатывают методы, позволяющие создавать из графена и его производных, таких как оксид и восстановленный оксид графена, объемные материалы. В частности, широко известен метод, предложенный в 2014 году учеными из Университета Райса. Они обнаружили, что при обработке полиимидной пленки лазером при определенных условиях она превращается в объемную пористую структуру, состоящую из расположенных под разным углом графеновых плоскостей. Позднее авторы пробовали применять метод к разным материалам и условиям, что позволило создать объемные графеновые структуры из сахара, древесины и даже хлебных тостов.

В новой работе ученые под руководством Цзясина Хуанга (Jiaxing Huang) из Северо-Западного университета США разработали метод, позволяющий получать новый вид объемных материалов на основе графена — тестообразную массу из оксида графена. Разработанный учеными материал состоит из двух компонентов — воды и оксида графена, получаемого с помощью модифицированного метода Хаммерса, часто применяемого для получения этого материала. Метод заключается в окислении графита путем добавления к нему пермарганата калия, серной кислоты и нитрата натрия.

Изначально исследователи получали коллоидный раствор частиц оксида графена в воде с концентрацией меньше двух процентов. Затем эта взвесь подвергалась сублимационной сушке, в результате которой она превращалась в безводную пену. Затем эту пену смачивали с помощью туманообразного водного аэрозоля. Благодаря такому методу гидрации в объем пены проник лишь малый объем воды, а его распределение было равномерным по всему объему. В результате исследователи получили тестообразную массу, которую можно лепить в нужную форму. 

Эту массу можно развести в воде с образованием коллоидного раствора или же наоборот высушить в твердый безводный материал. Исследователи не занимались уточнением механизма связывания плоскостей оксида графена между собой, однако они отмечают, что полученная масса, а также получаемый из нее твердый материал, обладают изотропными свойствами из-за отсутствия дальнего порядка и параллельной ориентации плоскостей оксида графена. Авторы показали несколько примеров формовочных свойств материала, слепив из него снеговика и другие объекты.

В 2017 году физики из Китая и Финляндии обнаружили, что короткие лазерные импульсы могут образовывать объемные структуры в графене, такие как пирамиды или полусферы. Исследователи изучили этот процесс и объяснили его локальным расширением графенового листа из-за образования в нем дефектов кристаллического строения.

Григорий Копиев