«Наука в Сибири» № 21 (2806) 26 мая 2011 г. ЕЩЁ РАЗ О ГРАФЕНЕ Углерод — поистине удивительный элемент! Мало того, что он является основой живой материи и главным участником органической химии, углерод можно также отнести и к неорганическим материалам. В. Фёдоров, доктор химических наук, главный научный сотрудник ИНХ СО РАН Всем хорошо известны такие удивительные углеродные материалы как алмаз и графит. В этих двух аллотропных модификациях углерод изменяется до неузнаваемости. И хотя алмаз и графит обладают совершенно разными свойствами, они оба нашли широкое практическое применение во многих областях техники и технологии. Существование только этих двух модификаций могл бы создать углероду прекрасную репутацию. Однако этими формами замечательные свойства углерода не ограничиваются. Оказалось, что углерод может кристаллизоваться и в других неожиданных структурах — в виде цепочек (карбин), молекулярных глобул (фуллерены), нанотрубок (одностенных и многостенных), луковиц. Последние формы углерода были открыты благодаря интенсивным исследованиям наноматериалов, оказавшихся в фокусе современного материаловедения. К этому списку сегодня можно добавить графен. Термин «графен» как индивидуальный графитовый слой был определён в 1994 году по рекомендации ИЮПАК о номенклатуре интеркалированных соединений графита. Происхождение термина связано с аналогичными названиями полициклических ароматических углеводородов (антрацен, коронен и т.д.). Недавние события, связанные с присуждением Нобелевской премии по физике Андре Гейму и Константину Новоселову за исследования свойств графена (2010 г.), сегодня, когда умолкли торжественные фанфары, уже не кажутся сенсационными. Действительно, графен — это не что-то необычное, это всего лишь один слой графита. Из этих слоев и создан природный минерал — графит. Вопрос в том, как получить моноатомный слой углерода. В графите моноатомные слои углерода взаимодействуют друг с другом; хотя такое взаимодействие достаточно слабое, тем не менее образуются трёхмерные кристаллы графита. Поскольку Нобелевские лауреаты — физики, то они воспользовались наиболее очевидным и простым приёмом — механическим расщеплением графита с помощью липкой скотч ленты. Им удалось оторвать от кристалла графита тонкую моноатомную пленку, которая и представляет собой графен. И в этом тоже нет ничего удивительного. Когда мы пишем карандашом, карандаш оставляет на бумаге графеновые слои. Ведь название графит происходит от древнегреческого «графо» — пишу. Исследования графена показали, что этот материал имеет целый ряд замечательных свойств, которые существенно отличаются от графита. Зайдите в Интернет, и вы без труда найдете подробное описание достоинств графеновых материалов. Главные из них — в высокой подвижности носителей заряда, высокой теплопроводности, механической прочности, прозрачности. Эти свойства делают его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, в наноэлектронике. Развернувшиеся работы по изучению свойств графена показали, что области возможных приложений таких материалов достаточно широки — от электроники до медицины. Однако известно, что для претворения материала в реальные приборы или устройства зачастую необходимо преодолеть разнообразные барьеры, в том числе и фундаментального характера. Здесь уместно вспомнить о неоправдавшихся ожиданиях, связанных с другими интересными соединениями — высокотемпературными сверхпроводниками, которые также были отмечены Нобелевской премией по физике в 1987 г. По-видимому, реальные результаты по созданию приборов на основе графена можно будет оценить уже в недалеком будущем. В настоящее время основная проблема графенового материаловедения упирается в удобные и надежные методы получения материала с высокими характеристиками не только в лабораторном масштабе, но и пригодных для промышленного производства. И здесь надежды связывают с химическими методами синтеза. Понятно, что предстоят очень большие усилия по разработке таких подходов, которые позволили бы получать совершенные плёнки графена. В ИНХе проводятся исследования по химическим методам получения плёнок графена с помощью коллоидных дисперсий графена, а также разрабатываются основы по химической модификации таких материалов посредством допирования графена электронодонорными и акцепторными атомами с целью регулирования электрофизических свойств. Значение открытия графена сегодня можно оценивать по-разному. Одно совершенно очевидно, что оно очень существенно стимулировало работы с этими материалами в разнообразных направлениях (в последние годы публикуется более 3 тысяч статей в год!). Другим очень интересным поворотом событий в данной области является возникший повышенный интерес исследователей к другим родственным неорганическим материалам, в частности, к слоистым халькогенидам переходных металлов. Подобные материалы в прошлом широко исследовались, однако в настоящее время они рассматриваются с новой точки зрения. В частности, в отличие от графена, обладающего металлическими свойствами, слоистые халькогениды являются полупроводниками с удобной величиной щели для создания таких важных приборов как полевые транзисторы. Нет сомнения, что низкоразмерные материалы различной природы со слоистой и цепочечной структурой становятся весьма привлекательными объектами. Будем ждать интересных результатов и новых открытий. стр. 5