Графеновые «занавески» и муаровый эффект - метастабильные домены в углеродных материалах

графеновые домены


По результатам работ, проведённых в лаборатории член.-корр. РАН В.П. Ананикова в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, было высказано предположение, что границы доменов графеновых слоёв модулируют химические взаимодействия на поверхности углеродных материалов. Такое явление раскрывает интересные перспективы использования наноразмерных эффектов углеродных материалов в органической химии и катализе.

Графен - ультратонкая пленка толщиной всего в 1 атом сочетает в себе целый ряд уникальных свойств. Графеновые слои, накладываясь друг на друга, формируют графит, который находит применение в самых различных областях, от изготовления карандашных грифелей до использования в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, получения искусственных алмазов, изготовления термостойких смазок, адсорбентов и множества других приложений.

В последние годы по всему миру проводятся детальные исследования графена и графита на молекулярном уровне. Учёные испытывают особый интерес к структурированию (трехмерной пространственной организации) этих углеродных материалов. Графит на молекулярном уровне состоит из множества доменов с регулярными (идеальными) структурами, которые, срастаясь, формируют границы доменов. По некоторым предположениям, наиболее интересные физические и химические явления и процессы происходят именно вблизи границ доменов.

По результатам работ, проведённых в лаборатории член.-корр. РАН В.П. Ананикова в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, было высказано предположение, что границы доменов графеновых слоёв модулируют химические взаимодействия на поверхности углеродных материалов. Такое явление раскрывает интересные перспективы использования наноразмерных эффектов углеродных материалов в органической химии и катализе.

 образец графита с нанесёнными наночастицами Pd; STEM исследование

Рисунок 1. Появление разнонаправленных чередующихся тёмных и светлых полос обусловлено морфологией образца и его доменной структурой (образец графита с нанесёнными наночастицами Pd; STEM исследование).

Явления, происходящие на границах углеродных доменов, весьма сложно изучать, поскольку нет однозначного способа для быстрого определения топологии домена. Напрямую «увидеть» домены и их границы при помощи обычной техники - весьма проблематичная задача. Для обнаружения границ домена в углеродном материале авторы обратили внимание на муаровый эффект. Муаровый эффект, наверняка, наблюдал каждый из нас - например, когда части тюлевых занавесок, накладываясь друг на друга, образуют новый узор. Визуально, муаровый узор представляет собой чередование темных и светлых полос, и именно такие проявления наблюдаются при изучении образцов исследуемых углеродных материалов с помощью электронной микроскопии (рис. 1).

Другим методом визуализации доменных структур было нанесение наночастиц палладия на поверхность образцов. Предположительно, наночастицы должны оседать на поверхности не хаотично, а по границам доменов, поскольку электронная плотность внутренней части домена заметно отличается от электронной плотности на его границах. В ходе исследования при помощи сканирующего электронного микроскопа (SEM) были получены изображения, на которых видно, что частицы палладия действительно выстраиваются вдоль границ доменов. Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (STEM), которая позволяет проникнуть внутрь материала и исследовать его подповерхностные области, подтвердила это наблюдение и показала наличие дополнительных цепочек из наночастиц. Сопоставление границ доменов, отображённых при помощи муарового эффекта и при помощи нанесения наночастиц, показало интересную картину (рис. 2; рис. 1).

Нанесение наночастиц Pd на углеродный материал

Рисунок 2. Нанесение наночастиц Pd на углеродный материал (образец графита с нанесёнными наночастицами Pd; STEM и SEM исследование одного участка поверхности).

В данный момент в точности неизвестно, по какому принципу выстраиваются обнаруженные при помощи микроскопии частицы. Однако, полученные результаты свидетельствуют, что частицы, находящиеся на поверхности, обладают способностью «чувствовать» изменения электронной плотности внутри графита. Авторы высказали предположение о существовании более сложных трехмерных углеродных структур, которые и модулируют такие взаимодействия.

Системы с наночастицами металлов, нанесёнными на поверхность углеродных материалов, являются широко известными катализаторами для разных областей химической промышленности, получения лекарственных препаратов, нефтепереработки и создания новых материалов. Понимание влияния углеродной матрицы имеет ключевое значение для развития промышленности и создания новых катализаторов.

Статья «Modulation of chemical interactions across graphene layers and metastable domains in carbon materials» Evgeniy O. Pentsak, and Valentine P. Ananikov опубликована в журнале Mendeleev Communications.
Библиографическая ссылка: Mendeleev Commun., 2014, 4, 327 - 328.
DOI: 10.1016/j.mencom.2014.11.002.
Он-лайн ссылка: http://dx.doi.org/10.1016/j.mencom.2014.11.002

Похожие новости:
Учёным удалось создать графеновые квантовые точки
Группа учёных из Канзасского государственного университета (Kansas State University) разработала новый метод, позволяющий открыть путь к решению давнейшей проблемы в производстве графеновых квантовых точек при большой плотности с регулируемыми размерами и формами, сообщает «PC-News.info». Новый метод, разработанный ..
2012-05-21 2188 0 Научные открытия
-1
Открыт новый класс "нобелевских" материалов
Ученые обнаружили новый класс материалов, демонстрирующих гигантское магнетосопротивление (ГМС). Статья ученых появилась в журнале Angewandte Chemie International Edition, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе на сайте Национального института материаловедения. Эффект гигантского магнетосопротивления заключается в резком ..
2012-08-29 1586 0 Научные открытия
0
Физики управляли квантовой симметрией двухслойного графена
Ученые из США, Канады и Японии наблюдали дробный квантовый эффект Холла в двухслойном графене и показали возможность управления свойствами такого материала действием электрического поля. Свое исследование авторы опубликовали в статье в журнале Science. Физикам удалось при помощи электрического ..
2014-07-04 1678 0 Научные открытия
0
Физики создали транзистор на основе атомного спина
В журнале Nature появилось сообщение, что ученые Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) впервые смогли использовать спин единичного атома в качестве основы транзистора. Ученые проводили опыты по изучению спинового эффекта Холла. Эффект, ..
2013-06-8 2008 0 Научные открытия
0
Открыта новая сила, которая превосходит гравитацию
Учёным давно известно, что чёрные тела генерируют излучение, и что это излучение создаёт отталкивающий (репульсивный) эффект. Однако, по данным нового исследования, здесь замешана ещё одна сила, которая действует сходным с гравитацией образом, и притягивает объекты к чёрному телу. Она получила ..
2013-07-29 2480 0 Научные открытия
0
Графит заподозрили в сверхпроводимости при комнатной температуре
Физики обнаружили, что обработанный водой порошковый графит при комнатной температуре обладает некоторыми свойствами, характерными для сверхпроводников. Работа ученых опубликованав журнале Applied Materials(препринт), а ее краткое содержание приводит блог издания Technology Review. Необычные электрические свойства у графита удалось ..
2012-09-13 2601 0 Научные открытия
0
Графеновые полоски оказались раем для «баллистических» электронов
Международная группа исследователей обнаружила, что полоски графена проводят электрический особым образом. Сами исследователи назвали такой режим токопроводности «баллистическим». Статья ученых появилась в журнале Nature. Объектом исследования выступали полоски графена шириной 40 нанометра, выращенные на карбиде ..
2014-02-06 1495 0 Научные открытия
0
Зарегистрирован эффект Доплера у вращающихся тел
Физики из Великобритании продемонстрировали эффект Доплера при отражении света от вращающегося объекта. Причем ось вращения может быть параллельна направлению падающих лучей света. Ключевую роль в явлении играет орбитальный угловой момент, или закрученность света. Подробности приведены в журнале ..
2013-08-2 2329 0 Научные открытия
-1
Предложена схема компактного рентгеновского лазера
Американские физики предложили схему компактного источника так называемого мягкого рентгеновского излучения. Статья ученых появилась в журнале Science, а ее краткое изложение приводят Nature News. В основе работы источника так называемый эффект генерации гармоник высокого порядка. Суть ..
2012-06-10 1608 0 Научные открытия
0
Новый эффект Доплера позволит следить за вращением плазмы и молекул
Исследователи из Германии и Великобритании впервые экспериментально зарегистрировали вращательный доплеровский сдвиг в нелинейном оптическом режиме. Ученые полагают, что их наблюдения помогут создать методы, с высокой точностью определяющие характеристики вращения молекул, жидкостей и плазмы, а также исследовать магнитные и оптические свойства различных материалов. ..
2016-03-28 2039 0 Научные открытия
0
Химик из МГУ помог пролить свет на теорию сверхпроводимости
Международной группе исследователей впервые удалось продемонстрировать, что распределение кислородных дефектов у сверхпроводящих купратов не является случайным, а показывает упорядоченное поведение, которое взаимодействует с волной зарядовой плотности. Статья на данную тему опубликована в журнале Nature, а коротко о ней сообщается в пресс-релизе ..
2015-09-19 2611 0 Научные открытия
-1
Физики побили рекорд устойчивости одноатомных магнитов
Физики из Федеральной политехнической школы Лозанны создали рекордно устойчивый магнит, состоящий из одного атома. Частица способна сохранять свое магнитное состояние при температуре в 30 кельвинов. Время, в течение которого атом может сохранять информацию, достигает 25 минут при 10 кельвинах. ..
2016-04-17 1618 0 Научные открытия
0
Черное тело притянуло атомы цезия
Физики впервые экспериментально измерили силу притяжения, которая действует на отдельные атомы цезия со стороны черного тела. Эта сила оказалась в несколько раз больше гравитационной силы и силы давления электромагнитного излучения, пишут авторы работы, опубликованной в Nature Physics. Эффект ..
2017-12-11 5848 0 Научные открытия
0
Российские физики «научили» сверхпроводники управлять магнитным полем
Сверхпроводимость, которая почти несовместима с магнитным полем, может при определенных условиях способствовать его распространению, выяснили российские ученые. Устройства на базе этого эффекта могут приблизить эпоху компьютеров будущего — спинтронных вычислительных машин. Результаты исследования опубликованы в журнале ..
2015-10-05 1660 0 Научные открытия
0
В алмазе увидели квантовый эффект Зенона
Древнегреческий мыслитель и математик Зенон Элейский известен своими логическими парадоксами. Один из них — Стрела Зенона — звучит следующим образом: "Летящая стрела неподвижна, так как в каждый момент времени она занимает равное себе положение, то есть покоится; поскольку ..
2013-08-22 2768 0 Научные открытия
0