გრაფენი სულ უფრო მიმზიდველია მკვლევარებისთვის. თუ 2007 წელს გრაფენს ეძღვნებოდა 797 სტატია, მაშინ 2008 წლის პირველ 8 თვეში უკვე 801 პუბლიკაცია იყო. რა არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ბოლოდროინდელი კვლევები და აღმოჩენები გრაფენის სტრუქტურებისა და ტექნოლოგიების სფეროში?

დღეისათვის გრაფენი (ნახ. 1) არის კაცობრიობისთვის ცნობილი ყველაზე თხელი მასალა, მხოლოდ ერთი ნახშირბადის ატომის სისქით. იგი შევიდა ფიზიკის სახელმძღვანელოებში და ჩვენს რეალობაში 2004 წელს, როდესაც მანჩესტერის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა ანდრე გეიმ და კონსტანტინე ნოვოსელოვმა მოახერხეს მისი მიღება ჩვეულებრივი წებოვანი ლენტის გამოყენებით, რათა თანმიმდევრულად გამოეყოთ ფენები ჩვეულებრივი კრისტალური გრაფიტიდან, რომელიც ჩვენთვის ნაცნობია ფანქრის სახით. როდ (იხ. დანართი). აღსანიშნავია, რომ გრაფენის ფურცელი, რომელიც მოთავსებულია დაჟანგული სილიციუმის სუბსტრატზე, შეიძლება დაათვალიეროთ კარგი ოპტიკური მიკროსკოპით. და ეს იმის მიუხედავად, რომ მისი სისქე მხოლოდ რამდენიმე ანგსტრომია (1Å = 10 -10 მ)!

გრაფენის პოპულარობა მკვლევარებსა და ინჟინრებს შორის დღითიდღე იზრდება, რადგან მას აქვს არაჩვეულებრივი ოპტიკური, ელექტრო, მექანიკური და თერმული თვისებები. ბევრი ექსპერტი პროგნოზირებს სილიკონის ტრანზისტორების შესაძლო ჩანაცვლებას უფრო ეკონომიური და მაღალსიჩქარიანი გრაფენის ტრანზისტორებით უახლოეს მომავალში (ნახ. 2).

იმისდა მიუხედავად, რომ წებოვანი ლენტით მექანიკური პილინგი შესაძლებელს ხდის საბაზისო კვლევისთვის მაღალი ხარისხის გრაფენის ფენების მიღებას, ხოლო გრაფენის ზრდის ეპიტაქსიალურ მეთოდს შეუძლია უმოკლეს გზას გაუწიოს ელექტრონული მიკროსქემები, ქიმიკოსები ცდილობენ მიიღონ გრაფენი ხსნარიდან. დაბალი ღირებულებისა და მაღალი პროდუქტიულობის გარდა, ეს მეთოდი კარს უხსნის ბევრ ფართოდ გამოყენებულ ქიმიურ ტექნიკას, რაც საშუალებას მისცემს გრაფენის ფენებს ჩაერთოს სხვადასხვა ნანოსტრუქტურებში ან ინტეგრირდეს სხვადასხვა მასალებთან ნანოკომპოზიტების შესაქმნელად. თუმცა, ქიმიური მეთოდებით გრაფინის მიღებისას არის გარკვეული სირთულეები, რომლებიც უნდა გადაილახოს: პირველ რიგში, აუცილებელია ხსნარში მოთავსებული გრაფიტის სრული გამოყოფის მიღწევა; მეორეც, რათა დავრწმუნდეთ, რომ ხსნარში აქერცლილი გრაფენი ინარჩუნებს ფურცლის ფორმას და არ იხვევს და არ იკვრება.

მეორე დღეს პრესტიჟულ ჟურნალში Ბუნებაგამოქვეყნდა დამოუკიდებლად მომუშავე სამეცნიერო ჯგუფის ორი ნაშრომი, სადაც ავტორებმა მოახერხეს ზემოაღნიშნული სირთულეების დაძლევა და ხსნარში დაკიდებული კარგი ხარისხის გრაფენის ფურცლების მიღება.

მეცნიერთა პირველმა ჯგუფმა - სტენფორდის უნივერსიტეტიდან (კალიფორნია, აშშ) და (ჩინეთი) - შემოიტანა გოგირდის და აზოტის მჟავები გრაფიტის ფენებს შორის (ინტერკალაციის პროცესი; იხილეთ გრაფიტის ინტერკალაციის ნაერთი) და შემდეგ სწრაფად აცხელა ნიმუში 1000°C-მდე. სურ. 3ა) . ინტერკალანტის მოლეკულების ფეთქებადი აორთქლება წარმოქმნის თხელ (რამდენიმე ნანომეტრის სისქის) გრაფიტის „ფანტელებს“, რომლებიც შეიცავს ბევრ გრაფენის ფენას. ამის შემდეგ, ორი ნივთიერება, ოლეუმი და ტეტრაბუტილამონიუმის ჰიდროქსიდი (HTBA), ქიმიურად შეიყვანეს გრაფენის ფენებს შორის არსებულ სივრცეში (ნახ. 3b). გაჟღენთილი ხსნარი შეიცავდა როგორც გრაფიტს, ასევე გრაფენის ფურცლებს (ნახ. 3c). ამის შემდეგ გრაფენი გამოეყო ცენტრიფუგაციით (ნახ. 3დ).

ამავდროულად, მეცნიერთა მეორე ჯგუფმა - დუბლინიდან, ოქსფორდიდან და კემბრიჯიდან - შემოგვთავაზა სხვადასხვა ტექნიკა მრავალშრიანი გრაფიტიდან გრაფენის მისაღებად - ინტერკალანტების გამოყენების გარეშე. მთავარია, სტატიის ავტორების აზრით, „სწორი“ ორგანული გამხსნელების გამოყენება, როგორიცაა N-მეთილ-პიროლიდონი. მაღალი ხარისხის გრაფენის მისაღებად მნიშვნელოვანია ისეთი გამხსნელების არჩევა, რომ გამხსნელსა და გრაფენს შორის ზედაპირული ურთიერთქმედების ენერგია იგივე იყოს, რაც გრაფენ-გრაფენის სისტემისთვის. ნახ. 4 გვიჩვენებს გრაფენის ეტაპობრივი წარმოების შედეგებს.

ორივე ექსპერიმენტის წარმატება ეფუძნება სწორი ინტერკალანტების და/ან გამხსნელების პოვნას. რა თქმა უნდა, არსებობს გრაფენის მიღების სხვა ტექნიკაც, როგორიცაა გრაფიტის გრაფიტის ოქსიდად გადაქცევა. ისინი იყენებენ მიდგომას სახელწოდებით „დაჟანგვა-დელამინაცია-შემცირება“, რომელშიც გრაფიტის ბაზალური სიბრტყეები დაფარულია კოვალენტურად შეკრული ჟანგბადის ფუნქციური ჯგუფებით. ეს დაჟანგული გრაფიტი ხდება ჰიდროფილური (ან უბრალოდ ტენიანობის მოყვარული) და ადვილად იშლება ცალკეულ გრაფენის ფურცლებზე ულტრაბგერითი მოქმედების დროს წყალხსნარში ყოფნისას. მიღებულ გრაფენს აქვს შესანიშნავი მექანიკური და ოპტიკური მახასიათებლები, მაგრამ მისი ელექტრული გამტარობა რამდენიმე რიგით დაბალია ვიდრე გრაფენი, რომელიც მიღებულია "წებოვანი ლენტის მეთოდით" (იხ. დანართი). შესაბამისად, ასეთი გრაფენი ნაკლებად სავარაუდოა, რომ პოულობს გამოყენებას ელექტრონიკაში.

როგორც გაირკვა, გრაფენი, რომელიც მიღებულია ზემოაღნიშნული ორი მეთოდის შედეგად, უფრო მაღალი ხარისხისაა (ნაკლებად დეფექტს შეიცავს გისოსებში) და, შედეგად, აქვს უმაღლესი გამტარობა.

გამოგადგებათ კალიფორნიის მკვლევართა კიდევ ერთი მიღწევა, რომლებმაც ცოტა ხნის წინ აცნობეს მაღალი გარჩევადობის (1Å-მდე გარჩევადობის) დაბალი ენერგიის ელექტრონულ მიკროსკოპიას (80 კვ) ცალკეულ ატომებზე და დეფექტებზე გრაფენის კრისტალური მედის პირდაპირი დაკვირვებისთვის. პირველად მსოფლიოში მეცნიერებმა მოახერხეს გრაფენის ატომური სტრუქტურის მაღალი გარჩევადობის სურათების მიღება (სურ. 5), სადაც საკუთარი თვალით შეგიძლიათ ნახოთ გრაფენის ბადის სტრუქტურა.

კორნელის უნივერსიტეტის მკვლევარები კიდევ უფრო შორს წავიდნენ. გრაფენის ფურცლიდან მათ შეძლეს მემბრანის შექმნა მხოლოდ ერთი ნახშირბადის ატომის სისქის და ბუშტის მსგავსად გაბერვა. ასეთი მემბრანა საკმარისად ძლიერი აღმოჩნდა, რომ გაუძლოს რამდენიმე ატმოსფეროს გაზის წნევას. ექსპერიმენტი იყო შემდეგი. გრაფენის ფურცლები მოთავსებული იყო ოქსიდირებული სილიციუმის სუბსტრატზე წინასწარ ამოჭრილი უჯრედებით, რომლებიც მჭიდროდ იყო მიმაგრებული სილიკონის ზედაპირზე ვან დერ ვაალის ძალების გამო (ნახ. 6a). ამ გზით შეიქმნა მიკროკამერები, რომლებშიც შეიძლებოდა გაზის შეკავება. ამის შემდეგ მეცნიერებმა შექმნეს წნევის სხვაობა კამერის შიგნით და გარეთ (ნახ. 6ბ). ატომური ძალის მიკროსკოპის გამოყენებით, რომელიც ზომავს გადახრის ძალის რაოდენობას, რომელსაც ნემსით გრძნობს კონსოლი მემბრანის ზედაპირიდან სულ რამდენიმე ნანომეტრის სიმაღლეზე სკანირებისას, მკვლევარებმა შეძლეს დააკვირდნენ ჩაღრმავებულ-ჩაზნექის ხარისხს. მემბრანა (სურ. 6c–e), როდესაც წნევა შეიცვალა რამდენიმე ატმოსფერომდე.

ამის შემდეგ, მემბრანა გამოიყენებოდა როგორც მინიატურული ბარაბანი, რათა გაზომოთ მისი ვიბრაციების სიხშირე წნევის ცვლილებით. აღმოჩნდა, რომ ჰელიუმი მიკროკამერაში რჩება მაღალი წნევის დროსაც კი. თუმცა, იმის გამო, რომ ექსპერიმენტში გამოყენებული გრაფენი არ იყო იდეალური (მას ჰქონდა დეფექტები კრისტალურ სტრუქტურაში), აირი თანდათანობით გადიოდა მემბრანაში. მთელი ექსპერიმენტის განმავლობაში, რომელიც გრძელდებოდა 70 საათზე მეტხანს, დაფიქსირდა მემბრანის დაძაბულობის სტაბილური შემცირება (ნახ. 6e).

კვლევის ავტორები აღნიშნავენ, რომ ასეთ მემბრანებს შეიძლება ჰქონდეთ მრავალფეროვანი გამოყენება - მაგალითად, მათი გამოყენება შესაძლებელია ხსნარში მოთავსებული ბიოლოგიური მასალების შესასწავლად. ამისათვის საკმარისი იქნება ასეთი მასალის გრაფენით დაფარვა და მისი მიკროსკოპით გამჭვირვალე მემბრანის შესწავლა, ორგანიზმის სასიცოცხლო აქტივობის მხარდამჭერი ხსნარის გაჟონვის ან აორთქლების შიშის გარეშე. ასევე შესაძლებელია მემბრანაში ატომის ზომის ხვრელების გაკეთება და შემდეგ დიფუზიური პროცესების შესწავლით დაკვირვება, თუ როგორ გადიან ცალკეული ატომები ან იონები ხვრელში. მაგრამ რაც მთავარია, კორნელის უნივერსიტეტის მეცნიერთა კვლევამ მეცნიერება ერთი ნაბიჯით მიუახლოვდა ერთატომიანი სენსორების შექმნას.

გრაფენზე კვლევების რაოდენობის სწრაფი ზრდა აჩვენებს, რომ ეს მართლაც ძალიან პერსპექტიული მასალაა გამოყენების ფართო სპექტრისთვის, მაგრამ ბევრი თეორია და ათობით ექსპერიმენტი ჯერ კიდევ უნდა აშენდეს მათ პრაქტიკაში ამოქმედებამდე.

გაუმტარი ატომური მემბრანები გრაფენის ფურცლებიდან (სრული ტექსტი ხელმისაწვდომია) // ნანოწერილები. V. 8. No. 8. გვ 2458–2462 (2008).

ალექსანდრე სამარდაკი

გასულ წლამდე, მეცნიერებისთვის ცნობილი ერთადერთი გზა გრაფენის წარმოებისთვის იყო გრაფიტის ყველაზე თხელი ფენის დადება წებოვან ლენტზე და შემდეგ ძირის ამოღება. ამ ტექნიკას უწოდებენ "სკოჩის ფირის ტექნიკას". თუმცა, ახლახან მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ არსებობს ახალი მასალის მოპოვების უფრო ეფექტური გზა: საფუძვლად მათ დაიწყეს სპილენძის, ნიკელის ან სილიკონის ფენის გამოყენება, რომელიც შემდეგ ამოღებულია გრავირებით (ნახ. 2). ამ გზით გრაფენის მართკუთხა ფურცლები 76 სანტიმეტრი სიგანით შეიქმნა კორეის, იაპონიისა და სინგაპურის მეცნიერთა ჯგუფმა. მკვლევარებმა არა მხოლოდ დაამყარეს ერთგვარი რეკორდი ნახშირბადის ატომების ერთი ფენის სტრუქტურის ზომის ნაჭრის ზომაზე, მათ ასევე შექმნეს მგრძნობიარე ეკრანები მოქნილი ფურცლების საფუძველზე.

სურათი 2: გრაფენის მიღება ოქროვით

პირველად გრაფენის „ფანტელები“ ​​ფიზიკოსებმა მხოლოდ 2004 წელს მიიღეს, როცა მათი ზომა მხოლოდ 10 მიკრომეტრი იყო. ერთი წლის წინ, როდნი რუოფის ჯგუფმა ტეხასის უნივერსიტეტში, ოსტინში გამოაცხადა, რომ მათ მოახერხეს სანტიმეტრის ზომის გრაფენის შექმნა.

რუოფმა და კოლეგებმა ნახშირბადის ატომები მოათავსეს სპილენძის ფოლგაზე ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) გამოყენებით. პროფესორ ბიუნ ჰე ჰონგის ლაბორატორიის მკვლევარებმა სუნხიუნხვანის უნივერსიტეტიდან უფრო შორს წავიდნენ და ფურცლები სრულფასოვანი ეკრანის ზომამდე გაზარდეს. ახალი "roll" ტექნოლოგია (roll-to-roll დამუშავება) შესაძლებელს ხდის გრაფენისგან გრძელი ლენტის მიღებას (ნახ. 3).

სურათი 3: მაღალი გარჩევადობის გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპული სურათი დაწყობილი გრაფენის ფენების.

ფიზიკის გრაფენის ფურცლებს ზემოდან მოათავსეს წებოვანი პოლიმერის ფენა, დაშალეს სპილენძის სუბსტრატები, შემდეგ გამოეყო პოლიმერული ფილმი - მიიღეს გრაფენის ერთი ფენა. ფურცლებს მეტი სიმტკიცის მისაცემად, მეცნიერებმა ანალოგიურად „გაზარდეს“ გრაფენის კიდევ სამი ფენა. დასასრულს, მიღებული "სენდვიჩი" დამუშავდა აზოტის მჟავით გამტარობის გასაუმჯობესებლად. სრულიად ახალი გრაფენის ფურცელი მოთავსებულია პოლიესტერის სუბსტრატზე და გადადის გახურებულ ლილვაკებს შორის (ნახ. 4).

სურათი 4: რულონის ტექნოლოგია გრაფენის მისაღებად

შედეგად მიღებული სტრუქტურა გადასცემდა სინათლის 90%-ს და ჰქონდა ელექტრული წინააღმდეგობა უფრო დაბალი ვიდრე სტანდარტული, მაგრამ მაინც ძალიან ძვირი, გამჭვირვალე გამტარი, ინდიუმის კალის ოქსიდი (ITO). სხვათა შორის, გრაფენის ფურცლების გამოყენებით, როგორც სენსორული ჩვენების საფუძველს, მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ მათი სტრუქტურა ასევე ნაკლებად მყიფეა.

მართალია, მიუხედავად ყველა მიღწევისა, ტექნოლოგიის კომერციალიზაცია ჯერ კიდევ ძალიან შორსაა. გამჭვირვალე ნახშირბადის ნანომილის ფილმები საკმაოდ დიდი ხანია ცდილობდნენ ITO-ს ჩანაცვლებას, მაგრამ მწარმოებლები, როგორც ჩანს, ვერ უმკლავდებიან "მკვდარი პიქსელების" პრობლემას, რომლებიც ჩნდება ფირის დეფექტებზე.

გრაფენების გამოყენება ელექტრო ინჟინერიასა და ელექტრონიკაში

ბრტყელ პანელის ეკრანებზე პიქსელების სიკაშკაშე განისაზღვრება ძაბვით ორ ელექტროდს შორის, რომელთაგან ერთი მნახველისკენ არის (ნახ. 5). ეს ელექტროდები უნდა იყოს გამჭვირვალე. ამჟამად, კალის დოპირებული ინდიუმის ოქსიდი (ITO) გამოიყენება გამჭვირვალე ელექტროდების წარმოებისთვის, მაგრამ ITO არის ძვირი და არა ყველაზე სტაბილური მასალა. გარდა ამისა, მსოფლიო მალე ამოწურავს ინდიუმის მარაგს. გრაფენი უფრო გამჭვირვალე და სტაბილურია ვიდრე ITO და უკვე ნაჩვენებია გრაფენის ელექტროდის LCD.

სურათი 5: გრაფენის ეკრანების სიკაშკაშე გამოყენებული ძაბვის ფუნქციით

მასალას ასევე აქვს დიდი პოტენციალი ელექტრონიკის სხვა სფეროებში. 2008 წლის აპრილში მანჩესტერის მეცნიერებმა აჩვენეს მსოფლიოში ყველაზე პატარა გრაფენის ტრანზისტორი. გრაფენის იდეალურად სწორი ფენა აკონტროლებს მასალის წინააღმდეგობას, აქცევს მას დიელექტრიკად. შესაძლებელი ხდება მაღალსიჩქარიანი ნანო-ტრანზისტორისთვის მიკროსკოპული დენის ჩამრთველის შექმნა ცალკეული ელექტრონების მოძრაობის გასაკონტროლებლად. რაც უფრო მცირეა ტრანზისტორი მიკროპროცესორებში, მით უფრო სწრაფია ის და მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ გრაფენის ტრანზისტორები მომავლის კომპიუტერებში იქნება მოლეკულის ზომის, იმის გათვალისწინებით, რომ თანამედროვე სილიკონის მიკროტრანზისტორი ტექნოლოგია თითქმის მიაღწია თავის ზღვარს.

გრაფენი არა მხოლოდ ელექტროენერგიის შესანიშნავი გამტარია. მას აქვს უმაღლესი თბოგამტარობა: ატომური ვიბრაციები ადვილად ვრცელდება ფიჭური სტრუქტურის ნახშირბადის ქსელში. ელექტრონიკაში სითბოს გაფრქვევა სერიოზული პრობლემაა, რადგან არსებობს შეზღუდვები მაღალ ტემპერატურაზე, რომელსაც ელექტრონიკა უძლებს. თუმცა, ილინოისის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ გრაფენზე დაფუძნებულ ტრანზისტორებს აქვთ საინტერესო თვისება. ისინი ავლენენ თერმოელექტრო ეფექტს, რაც იწვევს მოწყობილობის ტემპერატურის შემცირებას. ეს შეიძლება ნიშნავს, რომ გრაფენზე დაფუძნებული ელექტრონიკა გამათბობლებს და ვენტილატორების წარსულს გახდის. ამრიგად, გრაფინის მიმზიდველობა, როგორც პერსპექტიული მასალის მომავლის მიკროსქემებისთვის, კიდევ უფრო იზრდება (ნახ. 6).

სურათი 6: ატომური ძალის მიკროსკოპის ზონდი, რომელიც სკანირებს გრაფენ-ლითონის კონტაქტის ზედაპირს ტემპერატურის გასაზომად.

მეცნიერებისთვის ადვილი არ იყო გრაფენის თბოგამტარობის გაზომვა. მათ გამოიგონეს სრულიად ახალი გზა მისი ტემპერატურის გასაზომად, სილიციუმის დიოქსიდის კრისტალში 3 მიკრონი სიგრძის გრაფენის ფირის მოთავსებით ზუსტად იმავე პატარა ხვრელზე. შემდეგ ფილმი გაცხელდა ლაზერის სხივით, რამაც გამოიწვია მისი ვიბრაცია. ეს ვიბრაციები დაეხმარა ტემპერატურისა და თბოგამტარობის გამოთვლას.

მეცნიერთა გამომგონებლობას საზღვარი არ აქვს, როცა საქმე ახალი ნივთიერების ფენომენალური თვისებების გამოყენებას ეხება. 2007 წლის აგვისტოში შეიქმნა მასზე დაფუძნებული ყველა შესაძლო სენსორიდან ყველაზე მგრძნობიარე. მას შეუძლია უპასუხოს გაზის ერთ მოლეკულას, რაც ხელს შეუწყობს ტოქსინების ან ფეთქებადი ნივთიერებების არსებობის დროულად გამოვლენას. უცხო მოლეკულები მშვიდობიანად ეშვება გრაფენის ქსელში, არღვევს მისგან ელექტრონებს ან ამატებს მათ. შედეგად იცვლება გრაფენის ფენის ელექტრული წინააღმდეგობა, რასაც მეცნიერები ზომავენ. უმცირესი მოლეკულებიც კი ხვდება გრაფენის ძლიერ ბადეში. 2008 წლის სექტემბერში, კორნელის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა შეერთებულ შტატებში აჩვენეს, თუ როგორ იბერება გრაფენის მემბრანა, როგორც ყველაზე თხელი ბუშტი, მის ორივე მხარეს რამდენიმე ატმოსფეროს წნევის სხვაობის გამო. გრაფენის ეს თვისება შეიძლება სასარგებლო იყოს სხვადასხვა ქიმიური რეაქციების მიმდინარეობის დასადგენად და ზოგადად ატომებისა და მოლეკულების ქცევის შესასწავლად.

სუფთა გრაფენის დიდი ფურცლების მიღება ჯერ კიდევ ძალიან რთულია, მაგრამ ამოცანა შეიძლება გამარტივდეს, თუ ნახშირბადის ფენა შერეულია სხვა ელემენტებთან. ამერიკის შეერთებულ შტატებში ჩრდილო-დასავლეთის უნივერსიტეტში გრაფიტი იჟანგება და წყალში იხსნება. შედეგი იყო ქაღალდის მსგავსი მასალა - გრაფენის ოქსიდის ქაღალდი (სურ. 7). ძალიან ხისტია და საკმაოდ მარტივი დასამზადებელია. გრაფენის ოქსიდი შესაფერისია როგორც გამძლე მემბრანა ბატარეებსა და საწვავის უჯრედებში.

სურათი 7: გრაფენოქსიდის ქაღალდი

გრაფენის მემბრანა იდეალური სუბსტრატია ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ შესწავლილი ობიექტებისთვის. უნაკლო უჯრედები გამოსახულებებში ერწყმის ერთგვაროვან ნაცრისფერ ფონს, რომლის მიმართაც სხვა ატომები მკაფიოდ გამოირჩევიან. აქამდე ელექტრონულ მიკროსკოპში ყველაზე მსუბუქი ატომების გარჩევა თითქმის შეუძლებელი იყო, მაგრამ გრაფენის, როგორც სუბსტრატის შემთხვევაში, წყალბადის მცირე ატომებიც კი ჩანს.

გრაფენის გამოყენების შესაძლებლობები უსაზღვროა. ახლახან, აშშ-ს ჩრდილო-დასავლეთის უნივერსიტეტის ფიზიკოსებმა გაარკვიეს, რომ გრაფენი შეიძლება შერეულიყო პლასტმასში. შედეგი არის თხელი, სუპერ ძლიერი მასალა, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს მაღალ ტემპერატურას და გაუძლებს გაზებსა და სითხეებს.

მისი გამოყენების სფეროა მსუბუქი ბენზინგასამართი სადგურების, მანქანებისა და თვითმფრინავების სათადარიგო ნაწილების, გამძლე ქარის ტურბინის პირების წარმოება. პლასტმასის გამოყენება შესაძლებელია საკვები პროდუქტების შესაფუთად, მათი სიახლის შესანარჩუნებლად დიდი ხნის განმავლობაში.

გრაფენი არა მხოლოდ ყველაზე თხელი, არამედ ყველაზე გამძლე მასალაა მსოფლიოში. ნიუ-იორკის კოლუმბიის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა ეს დაადასტურეს სილიკონის ბროლის წვრილ ხვრელებზე გრაფენის მოთავსებით. შემდეგ უწვრილესი ალმასის ნემსის დაჭერით სცადეს გრაფენის ფენის განადგურება და გაზომეს წნევის ძალა (სურ. 8). აღმოჩნდა, რომ გრაფენი ფოლადზე 200-ჯერ ძლიერია. თუ წარმოგიდგენთ გრაფენის ფენას ისეთივე სქელი, როგორც საკვები ფილმი, ის გაუძლებს ფანქრის წერტილის წნევას, რომლის საპირისპირო ბოლოში სპილო ან მანქანა დააბალანსებს.

სურათი 8: წნევა გრაფენის ალმასის ნემსზე

გრაფენი მიეკუთვნება უნიკალური ნახშირბადის ნაერთების კლასს, რომლებსაც აქვთ შესანიშნავი ქიმიური და ფიზიკური თვისებები, როგორიცაა შესანიშნავი ელექტროგამტარობა, შერწყმული საოცარი სიმსუბუქითა და სიძლიერით.

ვარაუდობენ, რომ დროთა განმავლობაში ის შეძლებს სილიციუმის შეცვლას, რაც თანამედროვე ნახევარგამტარების წარმოების საფუძველია. ამჟამად ამ ნაერთს უსაფრთხოდ აქვს მინიჭებული „მომავლის მასალის“ სტატუსი.

მასალის მახასიათებლები

გრაფენი, რომელიც ყველაზე ხშირად გვხვდება აღნიშვნის ქვეშ "G", არის ნახშირბადის ორგანზომილებიანი ფორმა, რომელსაც აქვს უჩვეულო სტრუქტურა ატომების სახით, რომლებიც დაკავშირებულია ექვსკუთხა გისოსებით. ამავე დროს, მისი მთლიანი სისქე არ აღემატება თითოეული მათგანის ზომას.

იმის გასაგებად, თუ რა არის გრაფენი, მიზანშეწონილია გაეცნოთ ისეთ უნიკალურ მახასიათებლებს, როგორიცაა:

• რეკორდული მაღალი თბოგამტარობა;
• მასალის მაღალი მექანიკური სიძლიერე და მოქნილობა, ასჯერ მეტი, ვიდრე იგივე მაჩვენებელი ფოლადის პროდუქტებისთვის;
• შეუდარებელი ელექტროგამტარობა;
• მაღალი დნობის წერტილი (3 ათას გრადუსზე მეტი);
• გაუვალობა და გამჭვირვალობა.

გრაფენის უჩვეულო სტრუქტურაზე მოწმობს ასეთი მარტივი ფაქტი: როდესაც გრაფენის 3 მილიონი ფურცლის ბლანკი გაერთიანებულია, მზა პროდუქტის მთლიანი სისქე იქნება არაუმეტეს 1 მმ.

ამ უჩვეულო მასალის უნიკალური თვისებების გასაგებად, საკმარისია აღვნიშნოთ, რომ თავისი წარმოშობით იგი მსგავსია ჩვეულებრივი ფენიანი გრაფიტის, რომელიც გამოიყენება ფანქრის ტყვიაში. ამასთან, ექვსკუთხა გისოსებში ატომების განსაკუთრებული განლაგების გამო, მისი სტრუქტურა იძენს მახასიათებლებს, რომლებიც თან ახლავს ისეთ მძიმე მასალას, როგორიცაა ალმასი.

როდესაც გრაფენი გრაფიტისგან განცალკევებულია, ამ პროცესში წარმოქმნილ ატომის სქელ ფილაში შეიმჩნევა მისი ყველაზე „საოცარი“ თვისებები, რაც დამახასიათებელია თანამედროვე 2D მასალებისთვის. დღეს ძნელია იპოვოთ ეროვნული ეკონომიკის ასეთი სფერო, სადაც არ უნდა გამოიყენოთ ეს უნიკალური ნაერთი და სადაც ის არ ითვლება პერსპექტიულად. ეს განსაკუთრებით ვლინდება მეცნიერული განვითარების სფეროში, რომელიც მიზნად ისახავს ახალი ტექნოლოგიების დაუფლებას.

როგორ მივიღოთ

ამ მასალის აღმოჩენა შეიძლება 2004 წლით დათარიღდეს, რის შემდეგაც მეცნიერებმა მისი მოპოვების სხვადასხვა მეთოდი აითვისეს, რომლებიც ქვემოთ მოცემულია:

• ქიმიური გაგრილება, განხორციელებული ფაზური გარდაქმნების მეთოდით (მას უწოდებენ CVD პროცესს);
• ეგრეთ წოდებული "ეპიტაქსიალური ზრდა", რომელიც ხორციელდება ვაკუუმში;
• მეთოდი "მექანიკური აქერცვლა".

მოდით განვიხილოთ თითოეული მათგანი უფრო დეტალურად.

მექანიკური

დავიწყოთ ამ მეთოდებიდან ბოლო, რომელიც ითვლება ყველაზე ხელმისაწვდომად დამოუკიდებელი შესრულებისთვის. სახლში გრაფენის მისაღებად აუცილებელია შემდეგი ოპერაციების თანმიმდევრულად შესრულება:

• ჯერ უნდა მოამზადოთ თხელი გრაფიტის ფირფიტა, რომელიც შემდეგ მიმაგრებულია სპეციალური ლენტის წებოვან მხარეს;
• ამის შემდეგ ის იკეცება შუაზე, შემდეგ კი ისევ უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას (ბოლოები გაყრილია);
• ასეთი მანიპულაციების შედეგად შესაძლებელია ფირის წებოვან მხარეს გრაფიტის ორმაგი ფენის მიღება;
• თუ ამ ოპერაციას რამდენჯერმე შეასრულებთ, ადვილი იქნება გამოყენებული მასალის ფენის მცირე სისქის მიღწევა;
• ამის შემდეგ, წებოვანი ლენტი გაყოფილი და ძალიან თხელი ფილმებით დაიტანება სილიციუმის ოქსიდის სუბსტრატზე;
• შედეგად, ფილმი ნაწილობრივ რჩება სუბსტრატზე, ქმნის გრაფენის ფენას.

ამ მეთოდის მინუსი არის მოცემული ზომისა და ფორმის საკმარისად თხელი ფირის მოპოვების სირთულე, რომელიც უსაფრთხოდ იქნება დამაგრებული ამ მიზნით დანიშნულ სუბსტრატის ნაწილებზე.

ამჟამად, ყოველდღიურ პრაქტიკაში გამოყენებული გრაფენის უმეტესი ნაწილი ამ გზით იწარმოება. მექანიკური აქერცვლის გამო შესაძლებელია საკმაოდ მაღალი ხარისხის ნაერთის მიღება, მაგრამ ეს მეთოდი სრულიად უვარგისია მასობრივი წარმოების პირობებისთვის.

სამრეწველო მეთოდები

გრაფენის მიღების ერთ-ერთი სამრეწველო გზაა მისი ვაკუუმში გაშენება, რომლის მახასიათებლები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

• მისი წარმოებისთვის აღებულია სილიციუმის კარბიდის ზედაპირული ფენა, რომელიც ყოველთვის იმყოფება ამ მასალის ზედაპირებზე;
• შემდეგ წინასწარ მომზადებული სილიკონის ვაფლი თბება შედარებით მაღალ ტემპერატურაზე (1000 K-ის რიგით);
• ამ შემთხვევაში მომხდარი ქიმიური რეაქციების გამო, შეინიშნება სილიციუმის და ნახშირბადის ატომების გამოყოფა, რომელშიც პირველი მათგანი მაშინვე აორთქლდება;
• ამ რეაქციის შედეგად, სუფთა გრაფენი (G) რჩება ფირფიტაზე.

ამ მეთოდის ნაკლოვანებებს მიეკუთვნება მაღალი ტემპერატურის გათბობის საჭიროება, რაც ხშირად იწვევს ტექნიკურ სირთულეებს.

ყველაზე საიმედო სამრეწველო მეთოდი ზემოთ აღწერილი სირთულეების თავიდან ასაცილებლად არის ე.წ. "CVD პროცესი". როდესაც იგი განხორციელდება, ქიმიური რეაქცია ხდება, რომელიც ხდება ლითონის კატალიზატორის ზედაპირზე, როდესაც ის ნახშირწყალბადის აირებთან არის შერწყმული.

ზემოთ განხილული ყველა მიდგომის შედეგად შესაძლებელია ორგანზომილებიანი ნახშირბადის სუფთა ალოტროპული ნაერთების მიღება მხოლოდ ერთი ატომის სისქის შრის სახით. ამ წარმონაქმნის თავისებურებაა ამ ატომების შეერთება ექვსკუთხა გისოსებში ეგრეთ წოდებული "σ" და "π" ბმების წარმოქმნის გამო.

ელექტრული მუხტის მატარებლები გრაფენის გისოსებში ხასიათდებიან მობილურობის მაღალი ხარისხით, რაც ბევრად აღემატება სხვა ცნობილ ნახევარგამტარ მასალებს. სწორედ ამ მიზეზით, მას შეუძლია შეცვალოს კლასიკური სილიციუმი, რომელიც ტრადიციულად გამოიყენება ინტეგრირებული სქემების წარმოებაში.

გრაფენზე დაფუძნებული მასალების პრაქტიკული გამოყენების შესაძლებლობები პირდაპირ კავშირშია მისი წარმოების მახასიათებლებთან. ამჟამად მისი ცალკეული ფრაგმენტების მოპოვების მრავალი მეთოდი არსებობს, რომლებიც განსხვავდება ფორმით, ხარისხით და ზომით.

ყველა ცნობილ მეთოდს შორის გამოირჩევა შემდეგი მიდგომები:

1. სხვადასხვა სახის გრაფენის ოქსიდის წარმოება ფანტელების სახით, რომლებიც გამოიყენება ელექტროგამტარი საღებავების წარმოებაში, აგრეთვე სხვადასხვა კლასის კომპოზიტური მასალების წარმოებაში;
2. ბრტყელი გრაფენის G მიღება, საიდანაც მზადდება ელექტრონული მოწყობილობების კომპონენტები;
3. ამავე ტიპის მზარდი მასალა გამოიყენება როგორც არააქტიური კომპონენტები.

ამ ნაერთის ძირითადი თვისებები და მისი ფუნქციონირება განისაზღვრება სუბსტრატის ხარისხით, აგრეთვე მასალის მახასიათებლებით, რომლითაც იგი იზრდება. ეს ყველაფერი საბოლოოდ დამოკიდებულია წარმოების მეთოდზე.

ამ უნიკალური მასალის მოპოვების მეთოდიდან გამომდინარე, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა მიზნებისთვის, კერძოდ:

1. მექანიკური აქერცვლებით მიღებული გრაფენი ძირითადად განკუთვნილია კვლევისთვის, რაც აიხსნება უფასო მუხტის მატარებლების დაბალი მობილურობით;
2. როდესაც გრაფენი მიიღება ქიმიური (თერმული) რეაქციით, ის ყველაზე ხშირად გამოიყენება კომპოზიციური მასალების, ასევე დამცავი საფარის, მელანისა და საღებავების შესაქმნელად. თავისუფალი მატარებლების მობილურობა გარკვეულწილად უფრო მაღალია, რაც საშუალებას აძლევს მას გამოიყენოს კონდენსატორებისა და ფირის იზოლატორების დასამზადებლად;
3. თუ ამ ნაერთის მისაღებად გამოიყენება CVD მეთოდი, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნანოელექტრონიკაში, ასევე სენსორების და გამჭვირვალე მოქნილი ფილმების დასამზადებლად;
4. „სილიკონ ვაფლის“ მეთოდით მიღებული გრაფენი გამოიყენება ელექტრონული მოწყობილობების ისეთი ელემენტების დასამზადებლად, როგორიცაა მაღალი სიხშირის ტრანზისტორები და მსგავსი კომპონენტები. ასეთ ნაერთებში უფასო დამუხტვის მატარებლების მობილურობა მაქსიმალურია.

გრაფენის ჩამოთვლილი მახასიათებლები მწარმოებლებს უხსნის ფართო ჰორიზონტს და საშუალებას აძლევს მათ კონცენტრირება მოახდინონ მის განხორციელებაზე შემდეგ პერსპექტიულ სფეროებში:

• თანამედროვე ელექტრონიკის ალტერნატიულ სფეროებში, რომლებიც დაკავშირებულია სილიკონის კომპონენტების შეცვლასთან;
• წარმოების წამყვან ქიმიურ მრეწველობაში;
• უნიკალური პროდუქტების დაპროექტებისას (როგორიცაა, მაგალითად, კომპოზიტური მასალები და გრაფენის მემბრანები);
• ელექტროინჟინერიასა და ელექტრონიკაში (როგორც „იდეალური“ დირიჟორი).

გარდა ამისა, ამ ნაერთის საფუძველზე შეიძლება დამზადდეს ცივი კათოდები, შესანახი ბატარეები, ასევე სპეციალური გამტარი ელექტროდები და გამჭვირვალე ფირის საფარი. ამ ნანომასალის უნიკალური თვისებები აძლევს მას ფართო შესაძლებლობებს მოწინავე განვითარებაში გამოყენებისთვის.

Დადებითი და უარყოფითი მხარეები

გრაფენზე დაფუძნებული პროდუქტების უპირატესობები:

• ელექტრული გამტარობის მაღალი ხარისხი, ჩვეულებრივი სპილენძის იგივე ინდიკატორის შედარებით;
• თითქმის სრულყოფილი ოპტიკური სისუფთავე, რის გამოც ის შთანთქავს ხილული სინათლის დიაპაზონის არაუმეტეს ორ პროცენტს. ამიტომ, გარედან ის თითქმის უფერული და უხილავი ჩანს დამკვირვებლისთვის;
• ალმასზე აღმატებული მექანიკური სიმტკიცე;
• მოქნილობა, რომელშიც ერთფენიანი გრაფენი აღემატება ელასტიურ რეზინას. ეს ხარისხი აადვილებს ფილმების ფორმის შეცვლას და საჭიროების შემთხვევაში დაჭიმვას;
• გარე მექანიკური გავლენის წინააღმდეგობა;
• შეუდარებელი თბოგამტარობა, რითაც ათჯერ აღემატება იგივე სპილენძს.

ამ უნიკალური ნახშირბადის ნაერთის უარყოფითი მხარე მოიცავს:

1. სამრეწველო წარმოებისთვის საკმარისი მოცულობების მოპოვების შეუძლებლობა, აგრეთვე მაღალი ხარისხის უზრუნველსაყოფად საჭირო ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების მიღწევა. პრაქტიკაში შესაძლებელია გრაფენის მხოლოდ მცირე ფურცლის ფრაგმენტების მიღება;
2. სამრეწველო პროდუქტები ყველაზე ხშირად თავისი მახასიათებლებით ჩამოუვარდება კვლევით ლაბორატორიებში მიღებულ ნიმუშებს. მათი მიღწევა ჩვეულებრივი სამრეწველო ტექნოლოგიების დახმარებით შეუძლებელია;
3. მაღალი არაშრომითი ხარჯები, რაც მნიშვნელოვნად ზღუდავს მისი წარმოებისა და პრაქტიკული გამოყენების შესაძლებლობებს.

მიუხედავად ყველა ამ სირთულისა, მკვლევარები არ წყვეტენ გრაფენის წარმოების ახალი ტექნოლოგიების შემუშავების მცდელობებს.

დასასრულს, უნდა ითქვას, რომ ამ მასალის პერსპექტივები უბრალოდ ფანტასტიკურია, რადგან ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას თანამედროვე ულტრა თხელი და მოქნილი გაჯეტების წარმოებაში. გარდა ამისა, მის საფუძველზე შესაძლებელია შეიქმნას თანამედროვე სამედიცინო აღჭურვილობა და წამლები, რომლებსაც შეუძლიათ ებრძვიან კიბოს და სხვა გავრცელებულ სიმსივნურ დაავადებებს.

ვიდეო

გრაფენი 21-ე საუკუნის რევოლუციური მასალაა. ეს არის ნახშირბადის კავშირის ყველაზე ძლიერი, მსუბუქი და ელექტროგამტარი ვერსია.

გრაფენი იპოვეს მანჩესტერის უნივერსიტეტში მომუშავე კონსტანტინე ნოვოსელოვმა და ანდრეი გეიმმა, რისთვისაც რუს მეცნიერებს ნობელის პრემია მიენიჭათ. დღეისათვის დაახლოებით ათი მილიარდი დოლარი გამოიყო გრაფენის თვისებების შესასწავლად ათი წლის განმავლობაში და არსებობს ჭორები, რომ ის შეიძლება იყოს სილიკონის შესანიშნავი ჩანაცვლება, განსაკუთრებით ნახევარგამტარების ინდუსტრიაში.

თუმცა, ამ ნახშირბადოვანი მასალის მსგავსი ორგანზომილებიანი სტრუქტურა ასევე იწინასწარმეტყველეს ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილის სხვა ელემენტებზე და ახლახანს იქნა შესწავლილი ერთ-ერთი ამ ნივთიერების ძალიან უჩვეულო თვისებები. და ამ ნივთიერებას ეწოდება "ლურჯი ფოსფორი".

ბრიტანეთში მომუშავე რუსმა მკვიდრებმა, კონსტანტინე ნოვოსელოვმა და ანდრეი გეიმმა 2004 წელს შექმნეს გრაფენი - ნახშირბადის გამჭვირვალე ფენა ერთი ატომის სისქით. იმ მომენტიდან, თითქმის მაშინვე და ყველგან, დავიწყეთ სადიდებელი ოდების მოსმენა მასალის სხვადასხვა საოცარი თვისებების შესახებ, რომელსაც აქვს პოტენციალი შეცვალოს ჩვენი სამყარო და იპოვნოს მისი გამოყენება სხვადასხვა სფეროში, კვანტური კომპიუტერების წარმოებიდან დაწყებული. ფილტრები სუფთა სასმელი წყლის მისაღებად. 15 წელი გავიდა, მაგრამ გრაფენის გავლენის ქვეშ მყოფი სამყარო არ შეცვლილა. რატომ?

ყველა თანამედროვე ელექტრონული მოწყობილობა იყენებს ელექტრონებს ინფორმაციის გადასაცემად. ახლა კვანტური კომპიუტერების განვითარება მიმდინარეობს, რასაც ბევრი მიიჩნევს ტრადიციული მოწყობილობების მომავალ ჩანაცვლებად. თუმცა, არსებობს განვითარების სხვა, არანაკლებ საინტერესო გზა. ფოტონიკური კომპიუტერების ე.წ. ახლახანს, ექსეთერის () უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფმა აღმოაჩინა ნაწილაკების თვისება, რომელიც შეიძლება დაეხმაროს ახალი კომპიუტერული სქემების შექმნას.

გრაფენის ბოჭკოები სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ. სუფთა გრაფენი აღებულია გრაფენის ოქსიდიდან (GO) მიკროტალღურ ღუმელში. მასშტაბი 40 μm (მარცხნივ) და 10 μm (მარჯვნივ). ფოტო: Jieun Yang, Damien Voiry, Jacob Kupferberg / Rutgers University

გრაფენი არის ნახშირბადის 2D მოდიფიკაცია, რომელიც წარმოიქმნება ნახშირბადის ერთი ატომის სისქის ფენით. მასალას აქვს მაღალი სიმტკიცე, მაღალი თბოგამტარობა და უნიკალური ფიზიკური და ქიმიური თვისებები. ის ავლენს ელექტრონების ყველაზე მაღალ მობილობას დედამიწაზე არსებული ნებისმიერი მასალისგან. ეს ხდის გრაფენს თითქმის იდეალურ მასალად მრავალფეროვანი გამოყენებისთვის, მათ შორის ელექტრონიკა, კატალიზატორები, ბატარეები, კომპოზიტური მასალები და ა.შ. საქმე მცირეა - ვისწავლოთ თუ როგორ მივიღოთ მაღალი ხარისხის გრაფენის ფენები სამრეწველო მასშტაბით.

რუტგერის უნივერსიტეტის ქიმიკოსებმა (აშშ) იპოვეს მარტივი და სწრაფი მეთოდი მაღალი ხარისხის გრაფენის წარმოებისთვის ჩვეულებრივი მიკროტალღური ღუმელში გრაფენის ოქსიდის დამუშავებით. მეთოდი საოცრად პრიმიტიული და ეფექტურია.

გრაფიტის ოქსიდი არის ნახშირბადის, წყალბადის და ჟანგბადის ნაერთი სხვადასხვა პროპორციით, რომელიც წარმოიქმნება გრაფიტის დამუშავებისას ძლიერი ჟანგვის აგენტებით. გრაფიტის ოქსიდში დარჩენილი ჟანგბადის მოშორება და შემდეგ სუფთა გრაფენის ორგანზომილებიანი ფურცლების მიღება, დიდ ძალისხმევას მოითხოვს.

გრაფიტის ოქსიდს ურევენ ძლიერ ტუტეებს და მასალა კიდევ უფრო მცირდება. შედეგად მიიღება მონომოლეკულური ფურცლები ჟანგბადის ნარჩენებით. ამ ფურცლებს ჩვეულებრივ უწოდებენ გრაფენის ოქსიდს (GO). ქიმიკოსებმა სცადეს GO ( , , , ) ჭარბი ჟანგბადის ამოღების სხვადასხვა გზა, მაგრამ ასეთი მეთოდებით შემცირებული GO (rGO) რჩება უაღრესად უწესრიგო მასალად, რომელიც შორს არის ქიმიური ორთქლის დეპონირების შედეგად მიღებული ნამდვილი სუფთა გრაფენისგან.

მისი მოუწესრიგებელი ფორმითაც კი, rGO-ს აქვს პოტენციალი სასარგებლო იყოს ენერგიის მატარებლებისთვის ( , , , , ) და კატალიზატორებისთვის ( , , , , ), მაგრამ ელექტრონიკაში გრაფენის უნიკალური თვისებების მაქსიმუმის მისაღებად, თქვენ უნდა ისწავლოთ როგორ მიიღოს სუფთა მაღალი ხარისხის გრაფენი GO-სგან.

რუტგერის უნივერსიტეტის ქიმიკოსები გვთავაზობენ მარტივ და სწრაფ გზას GO სუფთა გრაფენამდე დასაყვანად 1-2 წამის მიკროტალღური იმპულსების გამოყენებით. როგორც გრაფიკებიდან ჩანს, „მიკროტალღური შემცირებით“ (MW-rGO) მიღებული გრაფენი თავისი თვისებებით ბევრად უფრო ახლოსაა CVD-ის გამოყენებით მიღებულ ყველაზე სუფთა გრაფენთან.

MW-rGO-ს ფიზიკური მახასიათებლები ხელუხლებელი გრაფენის ოქსიდ GO-სთან, შემცირებულ გრაფენის ოქსიდთან rGO და ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) გრაფენთან შედარებით. ნაჩვენებია ტიპიური GO ფანტელები, რომლებიც დეპონირებულია სილიკონის სუბსტრატზე (A); რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (B); რამანის სპექტროსკოპია და კრისტალების ზომის (L a) თანაფარდობა პიკთან l 2D/l G რამანის სპექტრში MW-rGO, GO და CVD-სთვის.

MW-rGO-ს ელექტრონული და ელექტროკატალიტიკური თვისებები rGO-სთან შედარებით. ილუსტრაციები: Rutgers University

MW-rGO-ს მოპოვების ტექნიკური პროცესი რამდენიმე ეტაპისგან შედგება.

1. გრაფიტის დაჟანგვა შეცვლილი ჰამერის მეთოდით და მისი დაშლა წყალში გრაფენის ოქსიდის ერთშრიანი ფანტელებად.
2. GO annealing, რათა მასალა უფრო მგრძნობიარე იყოს მიკროტალღური დასხივება.
3. GO ფანტელების დასხივება ჩვეულებრივ 1000 ვტ მიკროტალღურ ღუმელში 1-2 წამის განმავლობაში. ამ პროცედურის დროს GO სწრაფად თბება მაღალ ტემპერატურამდე, ხდება ჟანგბადის ჯგუფების დეზორბცია და ნახშირბადის გისოსების შესანიშნავი სტრუქტურირება.

გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით სროლა გვიჩვენებს, რომ მიკროტალღური ემიტერით დამუშავების შემდეგ იქმნება უაღრესად მოწესრიგებული სტრუქტურა, რომელშიც ჟანგბადის ფუნქციური ჯგუფები თითქმის მთლიანად განადგურებულია.

გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოსახულებები აჩვენებს გრაფენის ფურცლების სტრუქტურას 1 ნმ მასშტაბით. მარცხნივ არის ერთი ფენა rGO მრავალი დეფექტით, მათ შორის ჟანგბადის ფუნქციური ჯგუფები (ლურჯი ისარი) და ნახშირბადის ფენის ხვრელები (წითელი ისარი). ცენტრში და მარჯვნივ არის იდეალურად სტრუქტურირებული ორ ფენა და სამ ფენა MW-rGO. ფოტო: Rutgers University

MW-rGO-ს შესანიშნავი სტრუქტურული თვისებები საველე ეფექტის ტრანზისტორებში გამოყენებისას იძლევა ელექტრონების მაქსიმალური მობილურობის გაზრდას დაახლოებით 1500 სმ 2/V·s-მდე, რაც შედარებულია თანამედროვე ელექტრონების მაღალი მობილურობის ტრანზისტორების შესანიშნავ ეფექტურობასთან.

ელექტრონიკის გარდა, MW-rGO სასარგებლოა კატალიზატორების წარმოებაში: მან აჩვენა ტაფელის კოეფიციენტის უკიდურესად დაბალი მნიშვნელობა ჟანგბადის ევოლუციის რეაქციაში კატალიზატორად გამოყენებისას: დაახლოებით 38 მვ ათწლეულში. MW-rGO კატალიზატორი ასევე სტაბილური დარჩა წყალბადის ევოლუციის რეაქციაში, რომელიც გაგრძელდა 100 საათზე მეტ ხანს.

ეს ყველაფერი მიუთითებს მრეწველობაში მიკროტალღური შემცირებული გრაფენის გამოყენების შესანიშნავ პოტენციალზე.

კვლევითი სტატია "მაღალი ხარისხის გრაფენი ხსნარით აქერცლილი გრაფენის ოქსიდის მიკროტალღური შემცირებით"გამოქვეყნდა 2016 წლის 1 სექტემბერს ჟურნალში მეცნიერება(doi: 10.1126/science.aah3398).