Физики из Венского университета добились прорыва с графеном — материалом, известным своей прочностью и электропроводностью, но при этом чрезвычайно жестким. Они впервые значительно увеличили растяжимость графена, устранив его изначальную плоскость и позволив «рябям» в структуре работать как аккордеон, что открывает новые возможности для гибких технологий, например, носимой электроники. Результаты опубликованы в Physical Review Letters.
Графен — это двумерный материал толщиной всего в один слой атомов углерода, обладающий уникальными свойствами. Его атомная решетка — шестигранная (гексагональная) — обеспечивает высокую прочность, но делает графен очень жестким. Ранее ученые сталкивались с противоречивыми результатами, пытаясь понять, как удаление атомов влияет на жесткость материала — некоторые эксперименты показывали снижение, другие — увеличение жесткости.
Команда Венского университета во главе с Яни Котакоски применила ультра чистые измерения в безвоздушной среде, исключая влияние воздуха и загрязнений на графен. Для этого они использовали систему, которая позволяет транспортировать образцы между приборами без контакта с атмосферой.
Первый автор исследования, Ваэль Джууди, отметил: «Впервые эксперимент проведен с графеном, полностью изолированным от воздуха и инородных частиц, которые бы повлияли на результаты».
Эксперименты показали, что при удалении двух соседних атомов в структуре графена на поверхности образуются ряби (гофры). Эти ряби ведут себя как аккордеон: при растяжении материал сначала «выпрямляется», требуя меньшего усилия, что значительно повышает его растяжимость. Моделирование, выполненное физиками-теоретиками Рикой Саским Виндишем и Флорианом Либишем из Венского технологического университета, подтвердило образование таких волн и связанное с этим механическое размягчение графена.
Также было выяснено, что загрязнения и частицы на поверхности подавляют этот эффект, делая графен более жестким. Это объясняет противоречивые результаты прошлых исследований.
Джууди подчеркнул: «Результаты открывают способ регулировать жесткость графена и прокладывают путь для новых применений в гибкой электронике и других областях».
Для исследований применялись передовые микроскопы: сканирующий просвечивающий электронный микроскоп Nion Ultra STEM 100 и микроскоп AFSEM в безвоздушной камере, что позволило достичь беспрецедентной чистоты образцов.
Таким образом, ученые не только раскрыли ранее неизвестный механизм гибкости графена, но и заложили основу для разработки более адаптивных и прочных материалов на его основе. Они отмечают, что это важный шаг для технологий будущего — в медицинских устройствах, робототехнике, космической инженерии и энергетике.
Физики нашли уникальный сверхпроводник прямо в грифеле из карандаша
Металлический аналог графена выковали на сапфировой наковальне