На сегодняшний день графен, который представляет собой тончайший слой углеродных атомов толщиной всего один атом, – один из самых удивительных материалов. Измерения, сделанные в 2008 году учёными Колумбийского университета, показали, что при этом графен – самый прочный и упругий материал среди всех известных. Однако полученные данные относились к «идеальному» графену, в котором очень мало примесей и кристаллическая структура которого однородна. Очевидно, что дефекты его структуры должны сказаться на упругих и электронных свойствах материала.
И действительно, дефекты структуры оказывают влияние на прочностные и электрические свойства графена. Можно научиться управлять движением этих дефектов и, используя их,«сшивать»между собой углеродные нанотрубки или фуллерены. Такие соединённые между собой нанотрубки или фуллерены могут образовываться только благодаря наличию в них дефектов, обладающих достаточной подвижностью, и поэтому поиск возможности соединения таких элементов–первостепенная задача в углеродной электронике. Например, уже созданы транзисторы, работающие на нанотрубках.
Новые исследования, касающиеся управляемого движения дефектов структуры графена, были опубликованы впоследнем номереиздания«Журнал экспериментальной и теоретической физики».
Учёными из Института физики им. Л. В. Киренского и Сибирского федерального университета было проведено теоретическое исследование влияния структурных дефектов графена на его упругие свойства. В качестве дефекта специалисты рассматривали вакансию. Под словом«вакансия»в данном случае понимается нарушение периодичности расположения атомов в структуре графена.«Идеальный»графен представляет собой высокоупорядоченную структуру, в которой каждый атом находится«на своём месте».Если же атом отсутствует в отведённом для него месте в структуре, то образуется дефект–вакансия, своеобразное«пустое место»в кристаллической решётке графена.
Для изучения упругих свойств исследователи определяли модуль Юнга. Этот коэффициент характеризует способность материала сопротивляться сжатию или растяжению: чем больше модуль Юнга, тем прочнее материал. Для сравнения: модуль Юнга у алюминия составляет около 70 ГПа, у стали– 210ГПа, а у«идеального»графена–примерно 1000 ГПа! В результате исследований учёные пришли к выводу, что чем больше дефектов в структуре графена, тем ниже модуль Юнга. Эта зависимость выражалась в строгой обратной пропорции.
Помимо этого параметра, учёные оценили скорости движения вакансий в графене в зависимости от направления приложения деформаций. Полученные знания очень нужны для того, чтобы можно было осуществлять направленное движение дефектов в графене. Оказалось, что скорости движения вакансий изменялись значительно (как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) в зависимости от того, сжимался образец или растягивался.
Источник информации:
А. С. Фёдоров, Д. А. Фёдоров, З. И. Попов, Ю. Е. Ананьева, Н. С. Елисееева, А. А. Кузубов«Подвижность вакансий при деформации и их влияние на упругие свойства графена».Журнал экспериментальной и теоретической физики, 2011, т. 139, вып.5.
Комментариев нет:
Отправить комментарий