Графен может самовоспроизводиться в подходящих условиях

Графен — слой чистого углерода толщиной в один атом – считается очень перспективным материалом во многих отраслях. В частности, он может применяться в создании транзисторов рекордной частоты или заменить платину в топливных элементах. Проблема заключается в том, что получать графен массово и в виде крупных элементов исследователи пока не научились. При выращивании лист графена спонтанно сворачивается в неплоские структуры, захватывая атомы других веществ и теряя свои уникальные свойства.

Исследования учёных под руководством Новосёлова показали, что в таком поведении графена на самом деле нет ничего спонтанного. Они проделали в одноатомном слое углерода дыры при помощи пучка электронов, после чего отслеживали их судьбу с помощью электронного микроскопа.

Дальнейшее развитие событий зависло от химического состава среды каждого конкретного образца. Если в ней присутствовали ионы палладия, то они образовывали комплексы с атомами углерода, находившимися на внутренних краях «дырок». При высокой концентрации палладия дефекты имели тенденцию расширяться за счёт растущего дестабилизирующего воздействия палладия на края «дырок». При низкой концентрации ионов металлов и доминирования во внешней среде углерода атомы графена на краях «дырок» формировали новые связи самостоятельно.

«Дырки» затягивались без вмешательства исследователей. При этом в образцах, где углерод находился в форме углеводородов, «дырки» закрывались преимущественно группами из пяти, шести или семи атомов углерода. В слой включался углерод, ковалентные связи которого ранее были заняты водородом. Образовавшиеся структуры атомов углерода на месте «дырок» были лишь графеноподобными, но не графеновыми (иными словами, они не были строго шестиугольными, а лишь примерно этой формы).

Если же рядом с графеном в момент его самовосстановления был чистый атомарный углерод, то дефекты залечивались идеальными шестичленными циклами, характеризующими собственно графен.

Таким образом, «бракованный» графен, при производстве которого были допущены ошибки, можно «ремонтировать» при комнатной температуре, просто добавляя атомарный углерод в его окружение.

Однако более существенным выводом является то, что при помещении исходной «затравки» графена в «правильную» среду он при обычной температуре и давлении без каких-либо дополнительных энергозатрат будет самостоятельно расти, устойчиво воспроизводя свойственную ему структуру.

Если дальнейшие опыты подтвердят практическую целесообразность этого метода производства графена, его стоимость может упасть в несколько раз, что приблизит «графеновую революцию» в целом ряде областей, пишет Technology Review.