Группе южнокорейских исследователей из University of Uslan удалось существенно упростить процедуру синтеза графеновых пленок.

Вскоре после открытия графенов в 2004 г. возникло множество исследовательских групп, работающих над развитием новых методов получения этих регулярных углеродных структур, представляющих собой плоские двумерные слои, выложенные атомами углерода. Цель этих работ состоит в разработке относительно простой и недорогой процедуры получения макроскопических количеств графенов и материалов на их основе с тем, чтобы сделать этот уникальный материал доступным для прикладного использования.

Один из наиболее распространенных подходов к синтезу графенов основан на окислении графита, результатом чего являются легко разделяемые с помощью поверхностно-активных веществ листы оксида графена (ОГ). Последующая обработка этого материала в сильном восстановителе (например, гидразине) приводит к восстановлению ОГ до чистого графена.

Выделенные таким образом графеновые листы применяют в дальнейшем для приготовления таких материалов как графеновая пленка либо графеновая бумага (рис.1), которые обладают обширным потенциалом прикладного использования.

Рис. 1. Графеновый лист между опорами

Недавно группе исследователей из Univ. of Ulsan (Южная Корея) удалось существенно упростить описанную процедуру синтеза графеновых пленок, что может привести к расширению их прикладных возможностей.

Слои ОГ были получены стандартным способом в результате процедуры быстрого (10 с) нагрева небольшого количества мелкодисперсного графитового порошка в микроволновой печи. Полученный материал в течение 2 мин сначала тщательно смешивали с моногидратом гидразина в весовом соотношении 1:3, а затем с 20%-ным водным раствором этилового спирта (1:150). Для получения стабильной и гомогенной суспензии смесь в течение 1 мин подвергали ультразвуковой обработке, в результате чего суспензия сохраняла стабильность в течение нескольких недель. Эту суспензию распыляли со скоростью 3 мл/мин над предварительно нагретой до температур 190–295оС поверхностью кварцевой подложки площадью 2х2 см2 с использованием азота при давлении 2 атм в качестве газа-носителя. Расстояние между срезом распылительного сопла и поверхностью подложки составляло 12 см. Суспензия покрывала поверхность подложки небольшими каплями.

Элементный химический анализ и спектральные методы показали, что в результате описанной процедуры происходит эффективное восстановление ОГ до чистого графена. При этом на подложке образовывались графеновые пленки поперечником в несколько мкм, которые были случайным образом распределены по поверхности, образуя перекрывающие друг друга слои.

Рис. 2. Графеновые пленки, образовавшиеся в ходе опыта

Исследования, выполненные с помощью атомного силового микроскопа, показали, что среднеквадратичный размер шероховатости полученной пленки составляет 1–2 нм. Результаты измерений указывают также на высокую чувствительность параметров полученных пленок к температуре подложки в процессе распыления. Так, удельное электрическое сопротивление пленок минимально (порядка 103 Ом/см2) при температуре подложки 240оС, в то время как прозрачность пленок возрастает с ростом температуры, достигая максимума (77%) при 295оС.