Одним из неоспоримых преимуществ графена является высокая подвижность носителей заряда (до 2·10⁵ см²/В·с). Однако для его практического применения зачастую необходимо создание трехмерных структур. Тем не менее, предпринимавшиеся до сих пор попытки по созданию композитов и макроструктур графена обладали одним, но нивелирующим саму идею создания трехмерной структуры «графена» недостатком – низкой проводимостью в местах стыка.

Коллектив китайских ученых предложил весьма оригинальный способ получения трехмерных графеноподобных структур, в которых решена проблемы «плохих» стыков.

Рис. 1. Схематическое изображение основных этапов создания «пенографена» и композита «пенографен»/ПДМС.

В своей работе в качестве исходного каркаса они использовали пеноникель, благодаря многочисленным порам которого методом химического осаждения наносились слои графена (разложением метана при 1000^oС). Прежде чем удалить никелевый каркас травлением горячей соляной кислотой, исследователи нанесли тонкий слой ПММА (полиметилметакрилат) на поверхность слоев графена, чтобы избежать травления самого графена. Окончательная трехмерная структура (повторяющая структуру никелевого шаблона) предстала во всей красе перед авторами статьи после удаления пассивирующего слоя полимера горячим ацетоном.

Рис. 2. а,с) Структура исходного пеноникеля. b,d) Структура образовавшегося «пенографена». Нетрудно заметить сохранение трехмерного каркаса исходного шаблона.

Предложенный метод оказался весьма универсальным, позволяя получить «пенографен» (GF) различной структуры (варьируя исходный каркас никеля) и с различным количеством слоев графена (изменяя концентрацию метана). Таким образом, удается получить материал с необходимой удельной площадью поверхности, плотностью и проводимостью.

Крайне популярная в последнее время проблема создания гибкой электроники нашла свое отражение и в данной статье. Ее авторы создали гибкий композит GF/ПДМС (полидиметилсилоксан), обладающий весьма высокой удельной проводимостью (10 См/с) благодаря сохранению неизменной структуры пенографена. По словам авторов статьи, столь высокой проводимости композитов на основе графена ранее достичь не удавалось.

Рис. 3. а) Фотография композита «пенографен»/ПДМС. b) СЭМ-микрофотография композита. с) Зависимость проводимости «пенографена» и композита «пенографен»/ПДМС от среднего количества нанесенных слоев графена. d) Кривая напряжение-деформация «пенографена» и композита «пенографен»/ПДМС.

Полученные материалы являются, безусловно, весьма перспективными для использования в качестве гибких проводников, материалов электрода и катализаторов благодаря высокой пористости (до 99,7%), площади удельной поверхности (до 850 м²/г) и проводимости.