на думку, що одиночний шар графіту може бути відділений. Однак фізики сумнівалися в термодинамічної стійкості двовимірного кристала. У 2004 році вчені Новосьолов К.С. і Гейм А.К. отримали перші зразки графена дуже дотепним способом, відокремивши одиночний шар графіту за допомогою скотча. За новаторські дослідження цього двовимірного матеріалу їм була присуджена Нобелівська премія з фізики за 2010 рік. З тих пір інтерес до графену тільки збільшується. Завдяки його особливим фізико-хімічними властивостями, можливо його широке застосування в якості основи для нових наноматеріалів.
2. Структурні особливості графена
Отже, графен - це плоска одношарова структура, яка є основою як тривимірного графіту, так і двовимірних фулеренів і нанотрубок.
Графен виявився стійкий при кімнатній температурі. Перебуваючи на рівній підкладці, він механічно стабільний. Теоретично можна уявити нескінченні листи графена правильної структури. Але реальні зразки графена не бувають без структурних дефектів, які ретельно вивчаються, бо сильно впливають на властивості.
Наприклад, можливий різний вид межі зразка. Для характеристики структури кордону графена часто використовується поняття кут хіральності, який визначається як кут орієнтації кордону графена щодо лінії, складеної шестикутниками, стоять на вершинах і граничащими один з одним. Якщо кут хіральності дорівнює 0о, то структура кордону зигзагоподібна (б). Якщо кут хіральності дорівнює 30о, то структура кордону крісельна (а). Також можливі проміжні структури з кутами хіральності від 0 до 30о.
Структура кордону графена визначає анізотропію його транспортних характеристик, за рахунок відмінності в значеннях постійної грати в різних напрямках.
. Структурні дефекти графена
Залежно від методу синтезу, температури та інших умов, поверхня графена містить структурні дефекти, які порушують його властивості. Існують два найбільш істотних дефекту: вакансійні і Стоуна-Уельсу.
вакансійні дефект означає відсутність деяких атомів вуглецю в правильній гексагональної структурі листа.
Дефектом Стоуна-Уельсу називається заміна деяких шестикутників на п'яти і семикутники.
Крім цих змін в стуктуре, можливе приєднання атома, радикала або функціональної групи до поверхні графену, наприклад, гидроксогруппами або атома водню. Приєднання атома водню призводить до утворення гідрогенізовані різновиди графену - графана. Приєднання водню до графену призводить до деформації спочатку плоского моноатомного графітового шару, оскільки гібридизація всіх атомів вуглецю в новій решітці змінюється з плоскою sp2 на тетраедричних sp3. У результаті даної модифікації структури з провідника графена виходить діелектрик графан.
Головним моментом в цьому відкритті вчені вважають той факт, що воно показало, що з використанням не дуже складних хімічних реакцій графен можна модифікувати, а значить - створювати на його основі нові похідні матеріали з новими корисними властивостями. Адже будь-які зміни в структурі призводять до зміни відстаней між атомами в гексагональної осередку графена, а значить, до видозміни його плоскою структури і властивостей.
. Властивості графена
На сьогоднішній день графен - найтонший матеріал, відомий людству, товщиною всього в один атом вуглецю.
Малий розмір атома вуглецю і висока міцність хімічних зв'язків між атомами вуглецю надає графену цілий ряд дуже важливих унікальних властивостей:
хімічна стабільність
найвища рухливість носіїв заряду
висока тепло і електропровідність
виняткова міцність і пружність
непроникність
майже повна прозорість.
Носії заряду в графені практично не мають маси і рухаються з величезною швидкістю (майже зі швидкістю світла), пояснюючи його унікальні властивості.
Електрони взаємодіють один з одним і поводяться як в надпровідниках або магнітах. Як у металів, у графена є зона електропровідності, в якій переміщаються електрони, але на відміну від напівпровідників, у графена немає забороненої енергетичної зони, тому потік носіїв не припиняється.
Через це поки не можна використовувати графен для виготовлення напівпровідникового транзистора, тому його можна буде включити, але не можна вимкнути. Формуючи графенові наноленти шляхом підбору орієнтації і ширини графена або використовуючи певні польові структури, заборонена зона може бути відкрита. Додаючи до графену дон...
