За несколько лет, прошедших после первой публикации о получении и исследовании индивидуальных графенов, было разработано так много разнообразных подходов к их синтезу, что приходится удивляться тому, что графены не были обнаружены на много десятилетий раньше.

В качестве объяснения этой загадки можно отметить, что в проблеме получения графенов наиболее трудной стадией является не столько их синтез, сколько идентификация и установление основных параметров (размеры, число слоев).

Недавно группе исследователей из Hanyang Univ. (Южная Корея) и Tohoku Univ. (Япония) [1] удалось в результате использования импульсного разряда постоянного тока получить графены из многослойных углеродных нанотрубок (УНТ). Образцы многослойных УНТ диаметром около 20 нм со степенью очистки 90% (по массе) были синтезированы методом химического осаждения паров (CVD) с использованием Fe-Mo/MgO в качестве катализатора и С₂Н₂ в качестве источника углерода. Очистку образцов от примесей производили с помощью кислотной обработки.

Таблетки толщиной 2 мм и массой 2 г, полученные из нанотрубок в условиях вакуума 10–5 Торр, помещали в цилиндрическую графитовую форму диаметром 20 мм, оснащенную контактами. Эту форму под давлением 1000 атм нагревали до температуры 2000°С со скоростью 100°С, после чего через нее в течение 10 мин пропускали импульсный ток силой 2500 А. Величина приложенного напряжения не превышала 5 В, длительность импульсов равнялась 12 мс, а интервал между импульсами составлял 2 мс. Полученные после такой обработки образцы исследовали с помощью просвечивающего электронного микроскопа, рентгеновского дифрактометра и спектрометра комбинационного рассеяния.

Рис. 1. Иллюстрация модели превращения УНТ в графены

а – нанотрубка перед прохождением тока; b – начало разрыва; с – разрыв нанотрубки вдоль направления тока; d – формирование графеновых листов.

Как показывают исследования, в результате прохождения тока через образец нанотрубки частично разрушались, что приводило к образованию графеновых листов шириной несколько десятков нанометров и толщиной около 6 нм. При этом площади слоев, образованных из внешних и внутренних стенок многостенной нанотрубки не совпадают, постепенно уменьшаясь по мере движения от внешнего слоя к внутреннему. Такая геометрия графеновых листов соответствует модели превращения нанотрубок в графены, проиллюстрированной на рисунке. Процесс превращения подобен процедуре расстегивания молнии на одежде, так что точка разреза продвигается вдоль нанотрубки в направлении приложения электрического поля.

А.Елецкий

1. W.S.Kim et al., Appl. Phys. Lett. 95, 083103 (2009).