Дефекты в графене проявят с помощью палладиевого маркера

Дефекты в графене проявят с помощью палладиевого маркера

Химики из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН придумали способ просто и быстро найти дефекты в атомарной структуре графена.

С момента открытия графену многие предрекали стать материалом века, который заменит собой целый ряд традиционных материалов. Несмотря на действительно уникальные свойства этого нового материала, графеновые технологии еще только начинают развиваться, встречая новые проблемы и открывая новые возможности. 

Тонкая структура толщиной всего в один атом углерода позволяет ему чрезвычайно эффективно проводить электрический ток и тепло. Но, хотя у графена действительно много выдающихся свойств, существует целый ряд сложностей, которые препятствуют его триумфальному шествию в промышленное производство. Одна из них – это сложность получения структуры без дефектов. Дело в том, что для практических приложений наиболее интересен графен с поверхностью, максимально приближенной к идеальной. И тут исследователи сталкиваются с вопросом, как же отобрать образцы «хорошего» графена для своих экспериментов. Новый способ обнаружения дефектов предложили химики из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. 

Что такое дефект в структуре графена и почему так трудно его обнаружить- Идеальный графен – это плоскость, образованная правильными шестиугольниками из атомов углерода. Если в такой структуре отсутствует один или несколько атомов, то на их месте образуется дырка. Могут быть и другие искажения, например, если вместо шестиугольника окажется пятиугольник или семиугольник. Такие графеновые дефекты могут иметь самые различные размеры и форму. Однако проблема состоит еще и в том, что эти дефекты не статичны и могут изменяться со временем. Нобелевский лауреат Константин Новоселов в одной из своих работ показал, что искусственно созданные отверстия в структуре при определенных условиях могут самопроизвольно затягиваться. Все это делает задачу поиска дефектов в графене непростым и трудоемким занятием. Но любая, даже самая сложная проблема имеет свое решение. Научная группа под руководством профессора Валентина Ананикова нашла оригинальный способ выявления таких дефектов.

Дефект на поверхности меняет не только геометрию поверхности, но и химические свойства материала вокруг этого места. Например, некоторые катализаторы – вещества, ускоряющие химические реакции, работают из-за дефектов своей структуры. Атомы, которые находятся не совсем там, где «надо» с точки зрения идеально структурированного вещества, становятся химически активными, и именно на них начинают протекать реакции. То же применимо и к дефектам графена – химическая активность атомов углерода в этих областях отличается от активности атомов на остальной поверхности. Именно это свойство использовали химики в своем проекте – они разработали специальное вещество, содержащее атомы металла палладия, которое избирательно прикрепляется к дефектным областям на поверхности графена.  

Когда такой химический комплекс реагирует с активными центрами на поверхности, то в этих местах образуются наночастицы палладия, которые можно запросто наблюдать с помощью электронного микроскопа. Чем более активен углеродный центр или дефект, тем прочнее связывание с частицами металла. Таким образом, дефекты на углеродной поверхности и активные центры могут быть нанесены на карту с высоким разрешением, которая покажет не только отличия в строении, но и химическую активность разных областей.

Определение дефектных центров на углеродной поверхности с помощью разработанных палладиевых маркеров дает еще и уникальную возможность изучить реакционную способность графеновых слоев. Исследователи установили, что на одном квадратном микрометре поверхности, а это примерно в тысячу раз меньше площади человеческого волоса, могут находиться более 2000 реакционных центров. При этом они расположены не хаотично, а со вполне упорядоченной структурой.  

Как отмечает профессор Анаников, разработанный метод сродни широко используемому в медицине диагностическому методу – томографии с использованием контрастных реагентов для повышения точности и упрощения наблюдений.

Результаты исследования опубликованы в статье «Spatial imaging of carbon reactivity centers in Pd/C catalytic systems» (авторы E. O. Pentsak, A. S. Kashin, M. V. Polynski, K. O. Kvashnina, P. Glatzel and V. P. Ananikov) в журнале Chemical Science, издаваемом Royal Society of Chemistry.

Подпись к фото 2: Различные виды дефектов структуры графена, проявленные с помощью палладиевого маркера. Зелёные и голубые стрелки – точечные дефекты, красные – линейные, оранжевые – приграничные, жёлтые – топологические, красные пунктирные линии отмечают границы между зернами.

источник

Похожие новости:
Физики впервые увидели экситоны в двухслойном графене
Ученые из США и Японии впервые увидели экситоны в двухслойном графене с помощью фототоковой спектроскопии. Статья опубликована в Science.Двухслойный графен впервые был описан в 2004 году наряду с «обычным», однослойным графеном группой ученых под руководством К. Гейма. Двухслойный графен состоит из двух ..
2017-11-21 3474 0 Технология
0
В графене создали запрещенную зону
Ученые создали в графене запрещенную зону, поместив его на изгибы подложки из карбида кремния. Работа опубликована в журнале Nature Physics, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Технологического института Джорджии. В качестве подложки ученые использовали карбид углерода, в котором создавались ..
2012-11-20 1786 0 Технология
0
Смятый графен стал основой искусственных мышц
Физики научились контролировать образование складок на графене и использовали их для создания искусственных «мышц» - электромеханического двигателя. Работа опубликована в журнале Nature Materials, а ее краткое содержание приводит сайт университета Дьюка. Для управления образованием складок на одноатомном углероде ученые использовали ..
2013-01-29 1976 0 Технология
1
Создана самая тонкая в мире линза
Материаловеды из Австралийского Национального Университета  создали самую тонкую в мире линзу — всего в 9 атомных слоев толщиной. Это стало возможным благодаря обнаружению у дисульфида молибдена, материала линз, необычных оптических свойств. Электромагнитной волне, проходящей через очень тонкую ..
2016-03-14 1637 0 Технология
0
Графен оказался идеальным материалом для бронежилетов
Физики в новом баллистическом тесте продемонстрировали высокую ударопрочность графена, а также сравнили его с бронежилетом. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist. В новом тесте ученые использовали лазерный импульс, ..
2014-11-30 4065 0 Технология
4
Графену с дефектами нашли применение в топливных элементах
Физики из США показали, что локальные дефекты в кристаллической структуре однослойного графена могут привести к эффективному переносу протонов через него. Это может найти применение в конструкции топливных батарей будущего. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, ..
2015-03-20 1684 0 Технология
0
Ученые задумались о создании графенового лазера
Немецкие ученые с зарубежными коллегами изучили динамику электронов в графене под действием магнитного поля. Их исследование может помочь в создании нового типа лазеров, сообщили авторы в статье, опубликованной в журнале Nature Physics. Графен является одним из основных материалов для исследований ..
2014-11-26 1411 0 Технология
0
Китайские ученые создали батареи на основе графена
Китайские ученые создали батареи на основе графена. Статья ученых пока не принята к публикации в рецензируемом журнале, однако еепрепринт доступен на сайте arXiv.org В рамках работы ученые помещали в раствор хлорида меди при комнатной температуре пару электродов, соединенных ..
2012-03-6 3042 0 Технология
0
Терагерцовыми лазерами научились управлять с помощью графена
Группа физиков из Университета Манчестера в соавторстве с Нобелевским лауреатом Константином Новосёловым научилась с помощью графена изменять характеристики испускаемого излучения терагерцового лазера. Это стало возможным благодаря особым свойствам двумерного материала — возможности легко изменять его электронную структуру. ..
2016-01-15 1584 0 Технология
0
Корейцы представили дешевый способ выращивания графеновых пластин
Институт передовых технологий компании Samsung (SAIT) совместно с учеными университета Сонгюнгван разработали простой и дешевый способ получения графеновых пластин больших площадей, сообщает Phys.org. Ожидается, что он может привести к всплеску использования графеновых волокон в электронной промышленности, ..
2014-04-10 2469 0 Технология
0
Ученые готовы создать терагерцовый лазер
Графен считается универсальным материалом в такой науке, как материаловедение: его двумерная сотовидная решетка, состоящая из атомов углерода, прочнее стали и обладает чрезвычайно высокой подвижностью носителей заряда, кроме того, прозрачная, легкая и гибкая. Неудивительно, что для графена есть много приложений ..
2013-10-30 1865 0 Технология
0
Путешествовать в космосе предложили на графеновых парусах
Ученые из Китая предложили путешествовать в космосе при помощи солнечных парусов, созданных на основе графена. Об этом исследователи рассказали в препринте, доступном на сайте arXiv.org, а кратко об их работе сообщает New Scientist. Примерно год назад эти же ученые получили графеновые губки. Они представляют собой наложенные ..
2015-05-30 1428 0 Технология
0
Графеновые переключатели могут ускорить интернет
Исследователи и ученые из университета Бата и Экстера, показали, что если наложить друг на друга несколько слоев графена, то в результате получится отличный материал для оптических переключателей, который сможет обеспечивать скорость до 100 раз быстрее, чем современные технологии телекоммуникаций. Оптические переключатели являются важной ..
2013-07-24 1265 0 Технология
0
IRobot объявила о запуске нового робота
Марка IRobot известна тем, что за свое существование выпустила известный пылесос Roomba и робота чистильщика пола Scooba.  Многие владельцы бассейнов, могут быть знакомы с компанией Verro, которая специализируется на изготовлении роботов для очистки бассейнов. Но теперь IRobot ..
2013-01-7 1475 0 Технология
0
Ученые разработали лазерный пинцет
В то время, как геймеры с помощью игрового контроллера Microsoft Kinect управляют виртуальными объектами на экранах компьютера, ученые используют эту технологию в подобных, но немного других целях. Они так же жестикулируют и двигаются перед контроллером, но это не компьютерная игра, они управляют реальными микроскопическими объектами с помощью ..
2012-11-12 1680 0 Технология
0