Графен фото. Графен: революционный материал будущего и его перспективы применения

Что такое графен и почему он считается материалом будущего. Какими уникальными свойствами обладает графен. Где уже применяется графен и в каких областях его использование наиболее перспективно. Почему графен до сих пор не изменил нашу жизнь, несмотря на большие ожидания.

Что такое графен и почему он вызывает такой ажиотаж

Графен представляет собой двумерную аллотропную модификацию углерода, образованную слоем атомов углерода толщиной в один атом. Фактически это самый тонкий материал, который только можно себе представить. При этом графен обладает уникальным набором свойств, делающих его крайне перспективным для множества применений:

• Невероятная прочность — в 200 раз прочнее стали
• Отличная электро- и теплопроводность
• Высокая гибкость и эластичность
• Оптическая прозрачность
• Газонепроницаемость
• Биосовместимость

Именно этот уникальный набор характеристик и вызвал настоящий бум исследований графена после его открытия в 2004 году. Ученые и инженеры увидели в нем огромный потенциал для создания принципиально новых материалов и устройств.

Уникальные свойства графена и их потенциальное применение

Рассмотрим подробнее наиболее важные свойства графена и области их возможного применения:

Высокая прочность при минимальной толщине

Графен примерно в 200 раз прочнее стали, но при этом невероятно тонкий и легкий. Это открывает перспективы создания сверхпрочных и сверхлегких материалов для авиакосмической отрасли, автомобилестроения, строительства.

Отличная электропроводность

Электроны в графене движутся практически без сопротивления. Это делает его перспективным для создания сверхбыстрых электронных устройств, высокоэффективных солнечных батарей, аккумуляторов нового поколения.

Оптическая прозрачность

Графен пропускает 97,7% видимого света. Это позволяет использовать его для создания прозрачных проводящих покрытий, например, для сенсорных экранов или солнечных панелей.

Гибкость и эластичность

Графен можно растягивать на 20% без нарушения структуры. Это открывает возможности создания гибкой электроники, «умной» одежды, искусственных мышц.

Текущие области применения графена

Несмотря на то, что графен пока не произвел обещанной революции, он уже применяется в ряде областей:

• Композитные материалы — добавление графена повышает прочность и проводимость пластиков, резин, бетона
• Аккумуляторы и суперконденсаторы — графеновые электроды повышают емкость и скорость зарядки
• Краски и покрытия — графен улучшает антикоррозионные и теплопроводящие свойства
• Спортивный инвентарь — теннисные ракетки, лыжи с добавлением графена
• Фильтры для очистки воды — графеновые мембраны эффективно задерживают примеси

Наиболее перспективные направления применения графена в будущем

Ученые возлагают большие надежды на использование графена в следующих областях:

Электроника нового поколения

Графен может стать основой для создания сверхбыстрых транзисторов, гибких дисплеев, высокочувствительных сенсоров. Это позволит совершить качественный скачок в развитии электронных устройств.

Медицина и биотехнологии

Графен перспективен для создания биосенсоров, систем адресной доставки лекарств, искусственных тканей и органов. Его уникальные свойства могут произвести революцию в диагностике и лечении заболеваний.

Энергетика

Графен может значительно повысить эффективность солнечных батарей, топливных элементов, систем хранения энергии. Это открывает новые возможности для развития альтернативной энергетики.

Почему графен до сих пор не изменил мир

Несмотря на огромный потенциал, графен пока не оправдал возлагавшихся на него надежд. Основные причины этого:

• Сложность массового производства качественного графена
• Высокая стоимость графена
• Технологические сложности интеграции графена в существующие производственные процессы
• Недостаточная изученность некоторых свойств графена
• Конкуренция со стороны других перспективных материалов

Однако исследования в области графена продолжаются, и многие эксперты уверены, что в ближайшие 5-10 лет мы увидим прорывные применения этого уникального материала.

Графеновая гонка: кто лидирует в исследованиях и разработках

В мире развернулась настоящая гонка за лидерство в области графеновых технологий. Основные участники:

• Китай — лидер по числу научных публикаций и патентов, связанных с графеном
• США — крупные инвестиции корпораций и государства в исследования графена
• Великобритания — один из крупнейших графеновых центров в мире
• Южная Корея — активное развитие графеновых технологий при поддержке крупных компаний
• Европейский Союз — масштабная программа Graphene Flagship с бюджетом более €1 млрд

К сожалению, Россия пока существенно отстает в этой гонке, несмотря на то, что именно выходцы из России получили Нобелевскую премию за исследования графена.

Перспективы развития графеновых технологий

Несмотря на определенные трудности, большинство экспертов уверены в большом будущем графена. Основные тенденции развития:

• Совершенствование технологий массового производства качественного графена
• Разработка новых методов интеграции графена в существующие материалы и устройства
• Создание гибридных материалов на основе графена с улучшенными свойствами
• Расширение областей практического применения графена
• Рост инвестиций в графеновые исследования и разработки со стороны государств и корпораций

Многие эксперты считают, что в ближайшие 5-10 лет мы станем свидетелями прорывных применений графена, которые действительно изменят многие сферы нашей жизни. Графен имеет все шансы стать одним из ключевых материалов будущего.

Что такое графен и как он изменит нашу жизнь?

Фото: BONNINSTUDIO / Shutterstock

Вокруг графена образовалось немало хайпа — и среди ученых, и среди бизнеса. Но графен так и не стал нашей повседневной реальностью. Почему? Разбираемся вместе с автором YouTube-канала «Индустрия 4.0» Николаем Дубининым

Впервые о графене заговорили в 2004 году, когда Андрей Гейм и Константин Новоселов — британские ученые российского происхождения — опубликовали статью в журнале Science [1]. В ней говорилось о новом материале, который получили с помощью обычного карандаша и скотча. Ученые просто снимали клейкой лентой слой за слоем, пока не дошли до самого тонкого — в один атом. В 2010-м за это их наградили Нобелевской премией. С тех прошло уже десять лет.

Как графен меняет нашу жизнь?

1. Что такое графен
2. Миф о токсичности
3. Где используют графен
4. Применение в будущем
5. Графеновый бум
6. Препятствия для развития
7. Что почитать о графене

Что такое графен и чем он так уникален?

Углерод — это материал, состоящий из кристаллической решетки, которую образуют шестиугольники атомов. Графен — это один слой решетки толщиной в 1 атом.

Отсюда — его первое уникальное свойство: самый тонкий.

• Графен в 60 раз тоньше мельчайшего из вирусов.
• В 3 тыс. раз тоньше бактерии.
• В 300 тыс. раз тоньше листа бумаги.

Так выглядит структура углерода. Если отделить один из слоев — получим графен

Такую структуру графен приобретает за счет sp2-гибридизации. Дело в том, что на внешней оболочке атома углерода расположены четыре электрона. При sp2-гибридизации три из них вступают в связь с соседними атомами, а четвертый находится в состоянии, которое образовывает энергетические зоны. В результате графен еще и прекрасно проводит электрический ток.

Графен обладает хорошей теплопроводностью, гибкостью и упругостью, он на 97% прозрачный. При этом, графен — самый прочный из известных материалов: прочнее стали и алмаза.

Наглядная графика о свойствах графена

Миф о токсичности графена

Влияние графена на человеческий организм до конца не изучено, но и токсичность графена никто не доказал. Единственную опасность представляет графен, который получают путем размешивания графита или углерода в воде: попадая в клетку, такие мельчайшие частицы действительно могут ее убить [2].

Однако сейчас в биоэлектронике используют другой способ получения графена — путем химического осаждения из газовой фазы. Частицы получаются достаточно крупными. Потом их закрепляют на подложке, и проникнуть сквозь клеточную мембрану они уже не могут.

Где уже используют графен?

Сейчас графен успешно применяют в электронике. Самый массовый продукт — это пауэрбанк [3]: производители обещают, что сам он заряжается за 20 минут, а топовый смартфон заряжает наполовину за полчаса.

Существуют также графеновые куртки и платья. Последние, в частности, оснащены светодиодами [4], которые реагируют на дыхание и температуру тела, меняя цвет.

Теннисные ракетки с графеном весят до 300 грамм меньше, чем обычные, при той же силе удара.

Наконец, машинное масло с графеном призвано снизить износ двигателя.

Где можно применять графен в будущем?

Есть и еще одно свойство графена: он биосовместим, то есть взаимодействует с живыми клетками. Ученые обещают, что материал поможет диагностировать и лечить рак [5]. Это делают с помощью чипа с графеном, который придает повышенную чувствительность. На поверхность чипа высаживают раковые клетки и тестируют на них различные лекарства.

Такие чипы можно использовать и для тестирования других лекарств, а также — определения биомаркеров: иммуноглобулина, ДНК, нейрональных биорецепторов.

Из графена также планируют делать дешевые солнечные батареи, опресняющие устройства для морской воды, гибкие дисплеи, сверхпрочные бронежилеты, сверхчувствительные микропроцессоры, элементы для беспилотников и космических ракет, телефоны с бесконечной зарядкой и умную одежду.

Для России самым перспективным применением графена могут стать нефте- и газодобыча. На основе графена делают жидкости, которые позволят управлять толщиной и свойствами фильтрационной корки буровых растворов. А еще можно делать полимерные трубы и покрытия для нефте- и газопроводов с применением графена.

Графеновый бум

За 7 лет после вручения премии вышло больше 130 тыс. научных работ, посвященных графену и его свойствам. Доля таких исследований среди всех остальных выросла с 0,2% в 2010 году до 1% в 2016-м.

Профессор Катарина Паукнер в Будапеште, 2016 год

Исследователь Прабхурадж Балакришнан в Лондоне, 2017 год

Доктор Хан Лин в Мельбурне, 2019 год

Всего в мире зарегистрировано более 50 тыс. патентных заявок с упоминанием графена. Больше половины из них принадлежит Китаю, следом идут Южная Корея, США, Япония и Тайвань.

В Китае исследованиями занимаются государственные вузы. В 2013 году здесь создали Инновационный альянс графеновой промышленности, который пророчит Китаю в этой сфере долю в 80% от общемировой.

В остальных странах в графен активно вкладываются коммерческие компании. В Евросоюзе за это отвечает проект Graphene Flagship с инвестициями в €1 млрд [7]. В США — Национальная графеновая ассоциация, в консультативный совет которой входят представители Apple, IBM и Cisco.

В графене заинтересованы гиганты аэрокосмической отрасли: Boeing, Lockheed Martin, Airbus и Thales. Они рассчитывают, что новые материалы позволят им в разы снизить расход топлива — как композиты, которые экономят до 30% горючего в Boeing 787. Электронные корпорации включились в графеновую гонку в надежде, что это принесет им лидерство на рынке смартфонов и аксессуаров к ним.

Среди них — Samsung [8]: компания уже скупила десятки патентов, которых хватит на целую линейку продуктов с графеном. В частности, она представила новый тип аккумуляторов, которые можно будет заряжать за рекордные 12 минут. Такие появятся в новых смартфонах бренда не позднее 2021-го года. Их главный конкурент — Apple — запатентовала акустические диафрагмы с графеном для использования в устройствах следующих поколений. И это, судя по всему — только начало.

В России тоже занимаются изучением графена и даже патентуют электронные устройства на его основе — на базе в Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Двое ученых-выпускников этого вуза — гендиректор ведущего производителя Graphene 3D Lab Inc. Елена Полякова и профессор Свободного университета Берлина Кирилл Болотин — входят в ту самую американскую ассоциацию.

Почему же графен до сих пор не изменил нашу жизнь?

Во-первых, он все еще очень дорогой. При этом пока нельзя однозначно посчитать, сколько его нужно и для каких целей. Для этого материала нет единой шкалы измерения, так как он может иметь разную структуру — в зависимости от способа получения.

• 1 грамм чистого графена, который используют в электронике, стоит около $28 млрд.
• 1 грамм графена, смешанного с пылью — около $1 тыс.

Во-вторых, массовое производство графена пока не налажено, потому что нет технологий, которые бы позволили бы это: например, сложные электронные устройства с графеном делают вручную.

Для графена нужна какая-то подложка — например, кварцевая — которая и определяет свойства конечного продукта. При этом пока еще не совсем понятно, какие именно это должны быть свойства.

Что еще почитать и посмотреть о графене

• Как графен, перовскит и наноботы изменят будущее. Блог Питера Диамандиса
• «Ведомости» — о том, кто занимается графеном в России и в мире и почему это важно
• Forbes — о том, кто участвует в мировой битве за графен
• «Постнаука» — о том, как применяют графен в медицине
• Verge — о том, почему графен еще не изменил мир (ENG)
• ScienceDirect — о прошлом, настоящем и будущем графена (ENG)
• Исследователи Моника Кракуин и Димитар Димов о графене — материале XXI века (ENG)

Битва за графен: мировое состязание за лидерство в технологиях будущего

Графен — двумерный материал, представляющий собой форму углерода, толщиной в один атом. С тех пор как в 2010 году выпускникам МФТИ Андрею Гейму и Константину Новоселову присудили Нобелевскую премию за передовые опыты с этим новым материалом, в мире начался настоящий графеновый бум

Графен — это всего лишь одна из форм углерода, который может существовать во множестве кристаллических модификаций: например, как графит, алмаз, фуллерены или углеродные нанотрубки. Непосредственно графен можно представить в виде одной плоскости объемного кристалла графита — это первый кристалл толщиной всего лишь в один атом, экспериментально полученный в лабораторных условиях.

C одной стороны это очень простой материал, с другой очень сложно совместить двумерный материал толщиной в один атом с трехмерным миром приборов. Внешний мир — электроды, подложки и т.п. — оказывает влияние на графен, его свойства — это все очень трудно исследовать. Впервые это удалось сделать нашим соотечественникам, которые сделали это за рубежом — в Манчестерском университете. С тех пор их пионерские работы были процитированы в ведущих научных журналах более 100 тысяч раз. Интерес к графену по сей день остается беспрецедентным. В мире фактически началась новая гонка — за лидерство на зарождающемся рынке двумерных материалов. Государства в разных частях света тратят миллиарды долларов на графеновые исследования. Чем это вызвано? Как обстоят дела с исследованиями и разработками в этой области на Родине нобелевских лауреатов? О ландшафте графеновых исследований и о том, какое место на нем занимает Россия — в первом материале серии «Битва за графен».

Фото DR

Казалось бы на данный момент графен достаточно хорошо исследован, но тем не менее он еще таит в себе сюрпризы. Например, из графена можно удалять атомы углерода (с какой-то периодичностью или в виде какого-то узора) — получается материал с другими свойствами. Можно в графен добавлять атомы других материалов — это еще один материал с новыми свойствами. Свойства графена во многом определяются подложкой, например, химические свойства графена в зависимости от материала подложки еще не изучены. Очень мало информации и по физическим свойствам в зависимости от материала подложки. Техника постоянно совершенствуется, мы учимся работать со все меньшими и меньшими объектами и получаем все больше интересной информации. Одна из ключевых задач — встроить графен (двумерные материалы) в существующий цикл микроэлектронного производства, пока все такие устройства делаются вручную.

Разнообразие применений графена возможно из-за его уникальных физико-химических свойств, которые моментально сделали этот двумерный материал объектом для фундаментальных исследований. Так, двумерность графена, а также характерное для него особое поведение электронов, открыли возможность для экспериментальной демонстрации различных явлений квантовой физики, среди которых квантовый эффект Холла, парадокс Клейна, сверхпроводимость и многие другие. Графен обладает высокой электропроводностью и рекордной среди всех известных материалов теплопроводностью. Для него характерна высокая прочность (в 200 раз прочнее стали) и гибкость, химическая и термическая стабильность, а также самая большая площадь поверхности на единицу массы.

Фото DR

У рассматриваемого материала интересные оптические свойства:  является перспективным материалом для создания оптических инструментов, работающих одновременно в широком диапазоне частот — от видимого света до терагерцового или даже микроволнового излучения. Это лишь небольшая часть из интересных особенностей графена, но главное — его свойства сильно зависят от материала подложки, наличия дефектов и примесей, внешних воздействий и многого другого. Так что поле для научных изысканий здесь очень велико, и вложения в эту сферу только продолжат расти.

• И да и нет: ответ на главный вопрос о квантовом компьютере

Исследовательский бум

Поэтому доля научных публикаций с упоминанием графена год от года непрерывно растет. Если в 2010 году мы имели 0,2% относительно всех научных публикаций, то в 2016 году — это уже 1% с прогнозом на 2017 — около 1,3%, согласно базе данных научных публикаций Web of Science. Для сравнения: в 2016 году доля публикаций с упоминанием слов «полупроводник» — 0,8%, «золото» — 0,9% , «лазер» — 1,7%. Абсолютным лидером в сфере графеновых исследований остается Китай: этой стране принадлежит почти половина всех научных публикаций с упоминанием графена. 12% самых высокоцитируемых работ, написанных китайскими учеными в ушедшем году, — публикации о графене. Уже сейчас с Китаем сложно конкурировать даже США, но говорить о финальной расстановке сил пока рано. Министр финансов Великобритании Джордж Осборн заявил, что Британия, где расположен один из крупнейших графеновых центров в мире, получивший название «Родина графена», стремится удержать мировое лидерство в освоении графеновых технологий в условиях серьезной конкуренции со стороны Китая и Южной Кореи. К гонке за лидерство подключились исследовательские центры Сингапура, Германии, Австралии, Японии, стремительно догоняющей их Индии и… Ирана.

Где мы?

Если в первые годы после открытия графена Россия была весьма заметным игроком в области графеновых исследований, то сейчас мы с каждым годом понемногу отстаем: 5,6% публикаций в середине 2000-х и 2,3 % в 2016 году. По общему числу публикаций с упоминанием графена за 2014-2016 гг. мы находимся на 14 месте, а по числу публикаций с высоким индексом цитирования или среднему цитированию на одну работу мы не входим в список 20 лучших стран. При этом надо отметить, что такое положение нашей страны обеспечиваются главным образом за счет сотрудничества с зарубежными коллегами. Например, доля России в высокоцитируемых работах 2014-2016 гг., где авторы в качестве места работы указали российскую научную организацию, составляет всего 12%. То есть даже имеющиеся скромные показатели — не полностью заслуга нашей страны. Свидетельством тому является отсутствие патентов и приглашенных докладов на профильных международных конференциях. Так, на крупнейшей конференции Graphene за последние три года Россия была представлена только одним устным докладом.

Графен и Россия

В нашей стране исследования с графеном проводятся по инициативе отдельных ученых. Помимо ряда институтов РАН в исследовании графена заметны успехи  МГУ, СПбГУ и МФТИ. Физтех (МФТИ), помимо нобелевских лауреатов, подарил миру графена целый ряд других выдающихся ученых. Это, например, Александр Баландин (исследование теплопроводности графена), Леонид Левитов (теоретические исследования графена), Виктор Рыжий (графеновая оптоэлектроника) и другие. Не так давно на Физтехе был создан Центр фотоники и двумерных материалов, объединяющий несколько лабораторий. Его основная задача — разработка и создание с использованием графена и других двумерных материалов принципиально нового класса оптоэлектронных приборов и компонентов широкого спектра применений (наносенсоры, биосенсоры, нанолазеры, инфракрасные камеры, энергоэффективные световые устройства и многое другое). Нам уже удалось создать высокочувствительные графеновые биосенсоры, которые могут помочь в создании новых лекарств и вакцин от опасных заболеваний, в том числе от ВИЧ и рака. А сейчас совместно с датскими коллегами мы работаем над технологиями низкотемпературного синтеза графена, чтобы выращивать его непосредственно на элементах приборов электроники. Это бы позволило создать, например, сверхширокодиапазонные камеры, способные обеспечить видимость в темноте сквозь дым и туман. Однако пока это совершенно не тот масштаб, который бы позволил говорить о претензиях на лидерство.

Кто виноват?

У стран, которые обгоняют нас в графеновой гонке, есть кое-что общее: исследования в области двумерных материалов в них последовательно поддерживаются на государственном уровне. Например, в одном лишь городе-государстве Сингапуре вложения в эту область превышают $300 млн. А Европейская комиссия, запустила программу Graphene Flagship и выделила более €1 млрд на десятилетние исследования и разработки, которые проводят ведущие исследовательские институты и корпорации в 23 европейских странах. При этом только Великобритания дополнительно выделила более £235 млн на эти же цели. И это не считая финансирования, которое выделяется национальными научными фондами на конкурсной основе. В России же отсутствуют какие-либо целевые программы по исследованиям в области графена даже в рамках научных фондов, а ведущие российские университеты, несмотря на отчаянную гонку в мировых рейтингах, не выделяют эту тематику в качестве своих приоритетов.

Что делать?

В странах, которые сделали ставку на графен, ученым дают большой простор для научных исследований: обеспечивают необходимыми финансами и оборудованием, и предоставляют свободу в выборе тем исследований. При этом новые научные результаты — не главное в истории с графеном. Выявляемые и исследуемые уникальные свойства графена позволяют создать на его основе целый класс устройств нового типа, а потому исследовательская гонка сейчас — это гонка за захват рынка графеновых технологий. Причем речь далеко не всегда идет о принципиально новых рынках. Графен  рассматривается в качестве материала, который изменит авиастроение, технологии освоения космоса, вооружение и военную технику, а также энергетическую отрасль. Все это — лишь вопрос времени. Не уделяя должного внимания материалам из двумерного мира, можно потерять позиции в том числе и в этих отраслях. Необходимо осознать важную вещь: в мире произошла графеновая революция, как когда-то с изобретением транзистора состоялась революция в электронике. Каких технологий нам стоит ожидать и когда они выйдут к массовому потребителю — в следующем материале серии.

Фотопереключаемые мембраны из нанокомпозитов оксид графена/звезда-ПДМС для контроля газопроницаемости

Фотопереключаемые мембраны из нанокомпозитов оксид графена/звезда-ПДМС для контроля газопроницаемости†

Абдалрахман У. Алрайес, ^и Яоксин Ху, ^б Рико Ф. Таборская, ^и Хуантинг Ван ^б и Кей Сайто * ^ак

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Школа химии Университета Монаша, Веллингтон-Роуд, Клейтон, Виктория 3800, Австралия

^б Кафедра химического машиностроения, Университет Монаша, Веллингтон-Роуд, Клейтон, Виктория 3800, Австралия

^с Высшая школа передовых комплексных исследований в области выживания человека, Киотский университет, Хигаси-Итидзё-Кан, Ёсида-накаадачичо 1, Сакё-ку, Киото, Япония
Электронная почта: saito. [email protected]

Аннотация

Впервые была разработана и изготовлена ​​новая светочувствительная мембрана на основе полимера полидиметилсилоксана (ПДМС) звездообразной формы и нанолистов на основе графена для контроля газопроницаемости. Мембрана толщиной менее 60 нм демонстрировала непрерывный фотообратимый контроль газопроницаемости при облучении УФ-светом с переменной длиной волны. Благодаря оптимизации загрузки нанолиста и поверхности раздела нанолист-полимер бездефектная мембрана продемонстрировала удовлетворительную эффективность разделения газов по отношению к CO ₂ и C ₃ H ₈ , что позволяет использовать мембрану в качестве светочувствительного покрытия, например, в современных технологиях выращивания растений. Было исследовано влияние нанолистов на механизм фотозапуска, реакцию [2 + 2]-циклоприсоединения, которая показала, что присутствие нанолистов улучшает реакцию полимеризации, но препятствует реакции деполимеризации. В целом, эта работа предоставляет новую возможность для производства и исследования нового класса светочувствительных двумерных нанокомпозитных мембран для строго контролируемого молекулярного/ионного просеивания.

Жидкофазная фотоиндуцированная ковалентная модификация (PICM) однослойного графена короткоцепочечными жирными кислотами

Выпуск 10, 2023 г.

Из журнала:

Наномасштаб

Жидкофазная фотоиндуцированная ковалентная модификация (PICM) однослойного графена короткоцепочечными жирными кислотами†

Гуйлинь Фэн, ^и Томоко Иносе, ^б Нозому Судзуки, ^в Хан Вен, ^и Фарсаи Тэмайтри, ^{объявление} Матиас Волк, ^и Шуичи Тоючи, ^efh Ясухико Фуджита, ^г Кенджи Хираи * ^и и Хироси Удзи-и* ^абэ

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Научно-исследовательский институт электронных наук (RIES) и Отдел информационных наук и технологий, Высшая школа информационных наук и технологий, Университет Хоккайдо, N20W10, Саппоро, Хоккайдо 001-0020, Япония
Электронная почта: hirai@es. hokudai.ac.jp, [email protected]

^б Институт комплексных исследований клеточных материалов (WPI-iCeMS), Киотский университет, Ёсида, Сакио-ку, Киото 606-8501, Япония

^с Кафедра гуманитарных наук, факультет искусств и гуманитарных наук, Университет Сикоку Гакуин, 3-2-1 Бункё-тё, Дзэнцудзи, Кагава 765-8505, Япония

^д Институт междисциплинарных исследований перспективных материалов (IMRAM), Университет Тохоку, 2-1-1 Катахира, Аоба-Уорд, Сендай 980-8577, Япония

^и Кафедра химии, Отделение молекулярной визуализации и фотоники, KU Leuven, Celestijnenlaan 200F, B-3001 Leuven, Бельгия

^ф Кафедра прикладной химии, Национальный университет Цзяодун, Синьчжу 30010, Тайвань

^г Toray Research Center, Inc. , Сонояма 3-2-11, Оцу 520-8567, Сига, Япония

^ч Научно-исследовательский институт светоиндуцированной системы ускорения (RILACS), Столичный университет Осаки, Сакаи, Осака 599-8570, Япония

Аннотация

Мы сообщаем об эффективной фотоиндуцированной ковалентной модификации (PICM) графена короткоцепочечными жирными кислотами (SCFAs) с алкильной цепью на границе жидкость-твердое тело для химической функционализации графена с пространственным разрешением. Световое облучение монослоя графена под водным раствором КЦЖК с алкильной цепью эффективно вводит sp ³ — гибридизированные дефекты, где скорость реакции PICM значительно выше, чем в чистой воде. С помощью комбинационного рассеяния света и ИК-спектроскопии установлено, что к поверхности графена ковалентно присоединены метильные, метокси- и ацетатные группы высокой плотности, в то время как он частично окисляется другими кислородсодержащими функциональными группами, такими как ОН и СООН. Большее смещение вниз G-полосы в спектрах комбинационного рассеяния наблюдалось при использовании PICM с более длинными алкильными цепями, что позволяет предположить, что эффект легирования заряда может контролироваться длиной алкильной цепи SCFAs. Систематические исследования и исследования ковалентной модификации в SCFAs обеспечивают новое понимание и потенциально простой метод для создания запрещенной зоны графена.

Варианты загрузки Пожалуйста, подождите…

Дополнительные файлы

• Дополнительная информация PDF (1263 КБ)

Информация о товаре

ДОИ

https://doi.