Ученые создали новый ценный материал — графин. Рассказываем, чем он уникален

Исследователи из Китая и США решили проблему ученых всего мира, создав материал нового поколения — графин. Это открывает новые возможности в электронике, оптике, полупроводниковых материалах, нанотехнологиях и других отраслях.

Ученые давно интересуются созданием материалов на основе углерода из-за пользы в промышленности и универсальности. Так, углерод может образовывать несколько простых веществ: алмаз, графит, фуллерены (Нобелевская премия 1996 года), углеродные нанотрубки, графен (нобелевка 2010-го).

У всех этих материалов (аллотропов углерода) разные свойства. Так, графит непрозрачный и ломкий, а алмаз — прозрачное и самое твердое природное вещество. Сравнительно недавно полученный графен оказался почти фантастическим материалом: будучи оптически прозрачным, он гибкий, прочный и электропроводящий. Его уже используют в укреплении зданий, дорог, будущих конструкций в космосе, для исследования бактерий.

Все вышеперечисленные материалы состоят из атомов углерода какого-либо одного типа. В зависимости от способа, которым атомы углерода связываются друг с другом и иными элементами, различают sp-связанные, sp2-связанные и sp3-связанные атомы. Графен состоит из sp2-гибридов, алмазы — из sp3.

Графин — тоже аллотроп углерода, во многом схожий с графеном, однако он двумерный: в его кристаллической решетке есть и sp-, и sp2-атомы. Существующие методы синтеза позволяют создавать вещества только из одного типа атомов. Поэтому получение графина с двумя типами атомов и связей оказалось очень сложным — за десятилетия работы удалось синтезировать лишь несколько крошечных фрагментов.

Химики из лаборатории в Колорадо подошли к вопросу графина с новой технологией — метатезисом алкина. Алкины (углеводороды, которые служат сырьем) в результате органической реакции разрезаются, сокращаются и преобразовываются. Ученые с высокой точностью рассчитали термодинамику процесса и проконтролировали протекание реакции, чтобы получить графин в достаточном объеме и форме.

Авторы объясняют: между графеном и графином большая разница. Например, оба они обладают исключительно быстрой электронной проводимостью. Но в графене она многонаправленна, а в графине ее можно будет контролировать и направлять туда, куда нужно ученым.

Команда экспериментирует с полученным графином, чтобы найти применение всем уникальным свойствам этого материала в промышленности и науке. А также рассматривает способы упростить процесс получения графина, чтобы создавать его в больших масштабах и снизить стоимость производства.

^{Исследование опубликовано в журнале Nature synthesis.}