Вчені вивчили пружні властивості графену

На сьогоднішній день графен, який представляє собою найтонший шар вуглецевих атомів товщиною всього один атом, – один з найдивовижніших матеріалів. Вимірювання, зроблені в 2008 році вченими Колумбійського університету, показали, що при цьому графен – самий міцний і пружний матеріал серед всіх відомих. Однак отримані дані ставилися до «ідеального» графену, у якому дуже мало домішок і кристалічна структура якого однорідна. Очевидно, що дефекти його структури повинні позначитися на пружних і електронних властивостях матеріалу.

І дійсно, дефекти структури впливають на міцнісні та електричні властивості графену. Можна навчитися керувати рухом цих дефектів і, використовуючи їх, «зшивати» між собою вуглецеві нанотрубки або фулерени. Такі сполучені між собою нанотрубки або фулерени можуть утворюватися тільки завдяки наявності в них дефектів, володіють достатньою рухливістю, і тому пошук можливості з’єднання таких елементів – першочергове завдання в вуглецевої електроніці. Наприклад, вже створені транзистори, що працюють на нанотрубках.

Нові дослідження, що стосуються керованого руху дефектів структури графена, були опубліковані в останньому номері видання «Журнал експериментальної і теоретичної фізики».

Вченими з Інституту фізики ім. Л. В. Киренського і Сибірського федерального університету було проведено теоретичне дослідження впливу структурних дефектів графену на його пружні властивості. В якості дефекту фахівці розглядали вакансію. Під словом «вакансія» в даному випадку розуміється порушення періодичності розташування атомів у структурі графена. «Ідеальний» графен являє собою высокоупорядоченную структуру, в якій кожен атом знаходиться «на своєму місці». Якщо ж атом відсутній у відведеному для нього місці в структурі, то утворюється дефект – вакансія, своєрідне «порожнє місце» в кристалічній решітці графена.

Для вивчення пружних властивостей дослідники визначали модуль Юнга. Цей коефіцієнт характеризує здатність матеріалу чинити опір стиску або розтягу: чим більше модуль Юнга, тим міцніший матеріал. Для порівняння: модуль Юнга в алюмінію становить близько 70 ГПа, у сталі – 210 ГПа, а у «ідеального» графена – приблизно 1000 ГПа! В результаті досліджень вчені прийшли до висновку, що чим більше дефектів у структурі графена, тим нижче модуль Юнга. Ця залежність виражалася в суворій зворотній пропорції.

Крім цього параметра, вчені оцінили швидкості руху вакансій в графені в залежності від напрямку програми деформацій. Отримані знання дуже потрібні для того, щоб можна було здійснювати спрямований рух дефектів у графені. Виявилося, що швидкості руху вакансій змінювалися значно (як у бік збільшення, так і в бік зменшення) в залежності від того, стискався зразок або розтягувався.

Джерело інформації:

А. С. Федоров, Д. А. Федоров, З. В. Попов, Ю. О. Ананьєва, Н. С. Елисееева, А. А. Кузубов «Рухливість вакансій при деформації і їх вплив на пружні властивості графену». Журнал експериментальної і теоретичної фізики, 2011, т. 139, вип.5.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *