Свойства графена зависят от материала его подложки

04.01.2012

Исследователи из Массачусетского технологического института (США) установили, что графен, одноатомный слой углерода, химически и электрически проявляет в значительной степени не свои свойства, а свойства материала подложки, на которую он помещён.

Из-за своей предельной тонкости графен применяется исключительно вместе с какой-либо подложкой. Однако в зависимости от материала последней его электропроводность и химические свойства испытывали серьёзные изменения. По мнению авторов работы, это объясняется столь сильной тонкостью слоя атомов углерода, что электрические поля атомов материала подложки сильнейшим образом воздействуют на графен и его контакты с «внешним миром».

Из графена умудрились сделать даже транзистор — и это до полного осознания фундаментальных электрических и химических свойств нового материала! (Фото А.

Гейма и К. Новосёлова.)

Конкретно в экспериментах исследовалась химическая активность графена с подложкой из (1) нитрида бора и (2) диоксида кремния.

Выяснилось, что с одними и теми же активными веществами, поступающими из внешней среды, в первом случае графен практически не реагировал, как и подстилающий его нитрид бора, а там, где ему предшествовал диоксид кремния, реакции шли довольно энергично. При этом ни в одном из случаев свойства графена не были похожи на свойства графита, теоретически наиболее близкого к нему химически. Иными словами, и электропроводность, и химические свойства графена определялись не собственным составом, а составом подложки.

Что из этого может следовать?

Учёные, во-первых, отмечают, что эффект потребовал создания «новой теории переноса электрона», которая потенциально может изменить многое в целом ряде прикладных разработок. Во-вторых, комбинирование двух материалов подложки в одном устройстве позволяет получать сенсоры для измерения концентрации тех или иных веществ.

Наконец, осознание факта зависимости химических свойств графена от подложки может привести к использованию его для борьбы с коррозией: материалы вроде меди или алюминия, покрытые слоем графена, придадут ему свои химические свойства и будут полностью защищены от коррозии, ведь атомы кислорода образуют связи с атомами графена и не смогут воздействовать собственно на защищаемые металлы. Правда, признаются авторы, для того чтобы такая защита стал экономически оправданной, требуется разработка более эффективных способов получения графена, пока далёких от совершенства именно по стоимости конечного продукта.

Подготовлено по материалам MIT News.

Александр Березин