Новости

4 марта, 2024 12:28

Двумерный композит: российские ученые вырастили в графене алмазные наноструктуры

Источник: RT
Российские ученые получили двумерный материал на основе графена с включениями наноалмазов. Специалисты облучили пленки графена быстрыми и тяжелыми ионами. В таких условиях в определенных областях образовались алмазные кристаллы размерами до десятков нанометров. В новом композите сочетаются одновременно свойства графена и алмаза: он легок и способен проводить ток, как первый, и столь же прочен, как второй. По словам разработчиков, такой материал может найти применение в космической отрасли, авиастроении, автомобильной промышленности и при разработке биомедицинских устройств. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Carbon.
Графен. Источник: Gettyimages.ru © KTSDESIGN/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Ученые из Национального исследовательского технологического университета МИСИС (Москва), Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск) и Объединенного института ядерных исследований (Дубна) создали 2D-материал на основе графена с включениями наноалмазов. По словам специалистов, такой материал может быть востребован в космической отрасли, авиастроении, автомобильной промышленности и при создании биомедицинских устройств. Об этом RT сообщили в пресс-службе РНФ. Исследование поддержано грантом фонда. Результаты опубликованы в журнале Carbon.

Графен — двумерная форма углерода, отдельные графеновые слои имеют толщину 0,35 нанометра, что в сотни тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса. Графен обладает уникальными механическими и электронными свойствами. Алмаз — одна из форм существования углерода в природе. Алмазы образуются под воздействием колоссальных температур и давления в недрах Земли. Поэтому создание алмазных двумерных пленок — непростая научная задача. Разделить алмаз на тончайшие слои, как это делается с графитом при производстве графена, невозможно. При этом алмазные пленки могут обладать рядом интересных физических свойств, отмечают авторы исследования.

Ученые решили пойти от обратного — вырастить наноалмазы в графене, превратив графеновый слой в комбинированный графеново-алмазный материал.


Алмазная группа в графене. Источник: Павел Сорокин.

Для этого специалисты облучили пленки графена пучком ионов высокой энергии — заряженных частиц, полученных из газа ксенона и разогнанных до огромных скоростей. Под действием быстрых и тяжелых ионов в графеновых слоях появлялись разогретые до нескольких тысяч градусов области и ударные волны. Это привело к переходу углерода на этих участках в алмазные кристаллы размерами от нескольких до десятков нанометров. При этом диаметр полученных алмазов мог в несколько раз превышать их толщину, поэтому полученная структура относится к 2D-материалам. 

«С помощью облучения ионами высоких энергий мы смогли получить двумерные наноалмазы, встроенные в пленки графена. Это новый, перспективный для наноэлектроники материал, который практически невозможно создать другими методами», — рассказала RT кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН Надежда Небогатикова.

Специалисты предсказали механические свойства полученного материала. Выяснилось, что алмазные нанообласти в разы повысили жесткость материала по сравнению с исходными пленками графена. По словам специалистов, полученный 2D-материал сочетает в себе преимущества графена и алмаза: он легок и способен проводить ток, как первый, и столь же прочен, как второй.


Павел Борисович Сорокин. Источник: фото предоставлено исследователем

Такие композиты найдут широкое применение в любой отрасли, где нужны прочные материалы и функциональные покрытия, например в космической авиации, автомобильной промышленности и биомедицинских устройствах.

«Графен может использоваться для улучшения механических свойств других, более слабых материалов путем внедрения в их структуру. Мы продемонстрировали возможность улучшения механических свойств самого графена, создав его композит с двумерными наноалмазами. В дальнейшем мы планируем продолжить эту работу, подробнее изучить механизмы образования алмазов в графене и их электронные свойства, чтобы раскрыть весь потенциал созданного материала», — подытожил руководитель проекта, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией «Цифровое материаловедение» НИТУ МИСИС Павел Сорокин.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
4 февраля, 2025
Как получить наноалмазы и металл-углеродные наночастицы в плазме: Решение подскажет математическая модель
Ученые создали математическую модель, которая определяет идеальные условия для плазменного синтеза...
29 января, 2025
Ученые Сколтеха исследовали новую платформу для интегральной полностью оптической логики
Исследовательская группа из Сколтеха и Университета ИТМО под руководством директора Центра фотоники ...