Исследовательская группа Андрея Гейма (Andre Geim) совместно с коллегами из Института Полимеров Макса Планка (Майнц, Германия) впервые получили двумерные графеноподобные полимеры с регулярным размером и упорядоченным взаимным расположением пор.

Графен представляет собой двумерную кристаллическую решетку. Атомы углерода, образующие эту решетку, располагаются в вершинах правильных шестиугольников, что делает ее похожей на пчелиные соты.

Углеродные нанотрубки можно представить себе как свернутые листы графена; кристалл графита – как «стопку» листов графена.

Графен может похвастаться следующими уникальными свойствами – он обладает исключительной прочностью на разрыв, отличается замечательной теплопроводностью и сочетает такие несовместимые свойства как хрупкость и пластичность. Помимо этого, графен непроницаем для газов, что делает его перспективным материалом для создания герметичных газонепроницаемых мембран. Необычные электронные свойства графена позволяют говорить об отдаленной перспективе замены графеном кремния в полупроводниковых устройствах.

Введение в структуру листов графена полостей определенного размера позволяет подстраивать электронные характеристики двумерного углеродного кристалла. По этой причине в настоящее время ведутся интенсивные исследования, направленные на синтез и изучение свойств двумерных полимеров, строение которых было бы подобно структуре графена.

Полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (слева) и шаростержневая модель двумерного пористого полимера (справа: углерод – светло-зеленый, водород – белый, поверхность серебра – серые сферы)

Для получения такого полимера исследователи создали условия для самопроизвольной самоорганизации функционализированных фенильных колец на двумерной поверхности серебряного субстрата. Такой подход позволил получить пористую форму графена, диаметр пор в которой составляет меньше размера единичного атома, а значение расстояния между порами составляет менее нанометра.

До настоящего времени пористый графен получали с помощью литографических методов, позволяющих «вытравливать» поры в слое материала. Однако поры, которые могут получить методом литографии, как правило, отличаются размером много большим, чем диаметр нескольких атомов. Поры, полученные «литографическим» способом, расположены друг от друга на больших расстояниях, чем поры, полученные новым методом, основанным на самоорганизации.

Новый процесс, который основан на самоорганизации ароматических строительных блоков в предопределенных структурой этих блоков локациях, позволяет получить двумерную систему регулярного строения.

Новый метод позволяет получить графеноподобные полимеры с порами, расположение которых отличается большей регулярностью, чем расположение пор в графеноподобных материалах, получаемых иными существующими методиками.