Графен показывает рекордную прочность

Графен продолжает лидировать по количеству «суперсвойств». Согласно новым экспериментам, выполненным исследователями из Колумбийского университета (США), графен является самым прочным материалом. По словам ученых, секрет его сверхординарной прочности лежит в силе ковалентной связи углерод—углерод и в том факте, что в исследуемом монослое графена отсутствовали дефекты.

С того времени как «удивительный материал» графен – слой углерода толщиной в один атом – был открыт в 2004 г., он показал себя очень хорошим проводником, полупроводником, который может быть использован для производства транзисторов, и очень прочным материалом. Но теперь обнаружено, что это самый прочный материал из имеющихся сегодня.

Исследователи измерили внутреннюю прочность, то есть максимальное напряжение, которое бездефектный материал может выдержать, перед тем, как атомы разойдутся одновременно в стороны.

Вообще говоря, все материалы содержат разнообразные дефекты, такие как микроскопические трещины или царапины, которые ослабляют его прочность. В результате разрушаемость макроскопического материала сильно зависит от количества и размеров дефектов, которые он содержит, а не от внутренней прочности.

Эксперимент начался с отслоения атомных слоев графена от графитового образца с использованием клейкой прозрачной ленты, наиболее распространенного способа получения монослойного графена. Следующий шаг состоял в помещении графеновых пластинок на серию отверстий в кремниевой пластинке, каждое величиной от 1 до 1,5 мкм. Затем в графеновой пленке с помощью атомно-силового микроскопа с алмазным наконечником делались вмятины радиусом около 20 нм. Сила ответной реакции монослоя графеновой пленки позволила определить ее упругость. Значение внутренней прочности материала было получено на основании статистической обработки результатов.

Для иллюстрации этой прочности ученые привели следующий пример. Если бы лист из склеенных пленок графена (в типичном случае он имеет толщину около 100 нм) имел бы такую же прочность, как и бездефектный графен, то требовалась бы сила 20000 Н, чтобы сделать в нем отверстие карандашом. Сила такой величины может привести в движение массу 2 т.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365