×
Графен имеет новое измерение

Графен как материал открывает большие перспективы для ученых и инженеров, желающих создать всевозможные новые электронные устройства. Если раньше из него делали карандаши, то теперь создают ультрамаленькие лампочки, суперэффективные солнечные панели, гибкие дисплеи и многое другое.


Тем не менее во всех этих случаях графен в своем первоначальном виде имеет слишком хрупкую структуру, чтобы создавать из него прочные вещи. Так что обходиться с изделиями из этого материала приходится очень бережно. Поэтому исследователи из Университета штата Иллинойс в Урбан-Шампейне (UIUC) придумали способ создания 3D-объектов из графена, которые гораздо прочнее и позволяют создавать ряд инновационных электронных устройств.


Для создания 3D-формы в графене ученые сначала должны были гарантировать, что их метод был достаточно надежным для поддержания структурной целостности материала, когда он подвергался деформации. Тогда в процессе опытов исследователи стали использовать такую структуру, где обычный графен смачивался в растворителе, набухал и становился гибким. Как известно, мокрую веревку сложнее порвать, так что после набухания мокрый графен смешивали с простым графеном, выпаривали, и получался слой материала в смежном состоянии, когда графен был уже лишен воды, но оставался еще очень гибким и прочным. Таким образом, команда была в состоянии произвести из этого материала относительно сложные формы.

«Для того чтобы продемонстрировать новые возможности графена, мы построили из него разнообразные микроструктурированные геометрические фигуры, в том числе пирамиды, столбы, купола, перевернутые пирамиды, и даже покрывали все эти фигуры наночастицами золота для большей прочности или добавляли золото в состав графена, – говорит Зангво Нам (Sungwoo Nam), доцент механической науки и техники в UIUC. –  Наш метод позволил оптимизировать структуру графена так, что теперь из него можно распечатывать любой 3D-объект на 3D-принтере. Получаемый материал прочный и долговечный».



Графеновые микроструктуры достигают размера от 3,5 до просто 50 мкм. То есть их легко можно поместить в самое сердце любого гаджета, включая солнечные панели, микроантенны и прочие миниатюрные компоненты, состоящие из кремния. Графен и кремний в паре дают отличные показатели по совместимости, что означает, что графен на микроуровне можно совмещать не только с золотом. А гибридные материалы дают устройствам новые свойства, что рано или поздно скажется на развитии гаджетов будущего. Новый графен снимает ограничения по сгибанию. Он может стать отличным дополнением эластичных устройств.



«Мы ожидаем, что наш новый 3D-графен будет способствовать интеграции передовых классов гибридных устройств между микроэлектромеханическими системами и 2D-материалами. Новый графен станет переходным звеном», – заявил Зангво Нам.



    Что это означает на практике? Солнечные панели с высоким показателем КПД, которые можно обернуть вокруг предмета как бумагу, как минимум.



Результаты этого исследования были недавно опубликованы в журнале Nano Letters.    



 Автор: Степан Мазур