Складывать одноатомные листы из углеродных атомов в любые формы научились химики университета Иллинойса в Чикаго (UIC). Примечательно, что им для этого не понадобились сложные методы и химические соединения.

Американцы обнаружили, что изменять форму графеновых листов можно при помощи слабых взаимодействий между ними и каплями воды нанометрового размера.

Ранее мы даже не подозревали, что когда-нибудь сможем контролировать процесс складывания, — говорит руководитель нынешнего исследования Петр Краль (Petr Král).

Данная работа началась с того, что Петр и его коллеги построили компьютерную модель слабого взаимодействия между нанокаплями воды и графеном. Оказалось, что так называемые силы Ван-дер-Ваальса способны изменить форму листов из углеродных атомов. При этом вода и графен не связываются химически, что, несомненно, очень удобно для учёных.

Варьируя размер капли, форму и размер графеновой заготовки, мы смогли сложить самые разные фигуры, которые пригодятся в различных приложениях, — рассказывает Краль.

В своей статье в журнале Nano Letters Петр и его подопечные описали, как им удалось при помощи воды скрутить листы в трубки (смотрите видео, AVI-файл, 7,9 Мб), согнуть, сложить такие непростые формы, как капсулы, сэндвичи, кольца, завязать графеновые ленты в узлы и заставить их скользить относительно друг друга.

Для выполнения всех действий достаточно использовать атомный силовой микроскоп и микроскопические инструменты (шприцы, иглы). Последние нужны для точного размещения капель воды и других материалов на углеродных листах.

Всё это разнообразие форм гнутого графена понадобилось американским химикам для создания наноразмерных устройств нового типа. Ведь, имея возможность придавать графеновому листу любую форму, можно на основе всех перечисленных выше «блоков» собрать наноботов, устройства с уникальными механическими, электрическими и оптическими свойствами.

Однако Краль и его коллеги мечтают увидеть другое конкретное приложение своему открытию. Они пытаются внедрить графеновые листы в мембрану живой клетки, покрыв сформированные фигуры фосфолипидами (phospholipid). Если когда-нибудь удастся создать такой биохимический гибрид, учёные смогут заставить графен выполнять внутри клетки определённые функции.

Варьируя внешние условия, можно заставить ленту из углеродных атомов как скручиваться в трубочку, так и скользить концами друг относительно друга. Смотрите этот ролик, AVI-файл, 8,6 Мб (иллюстрация Petr Král's Research Group)