Графен был открыт в 2004 году, однако несмотря на свои уникальные электрические и физические свойства до сих пор практически не использовался, так как не удавалось получать его в достаточных количествах. Эту проблему попытались решить ученые из Северо-западного Университета США (Northwestern University, US) во главе с Родни Руофом (Rodney Ruoff). Они обнаружили, что графен в окисленном состоянии можно синтезировать из графита в больших количествах. При этом получаемый материал представляет собой уже не отдельные хрупкие монослойные листы графена, а так называемую “графеновую бумагу”. Она удивительно прочная, имея толщину листа обычной бумаги.
Графит окисляли до такого состояния, когда примерно половина атомов углерода связаны с атомом кислорода, полученный оксид затем растворяли в воде. Атомы кислорода отталкивали молекулы воды, одновременно заставляя оксид графита расслаиваться на слои оксида графена. Полученный раствор фильтровали через специальную мембрану, на которой слои вновь связывались, но уже в гораздо более прочную, чем графит, структуру - графеновую бумагу.
Слои обычного графита связаны между собой очень слабо и разрыв связей происходит легко. В графеновой бумаге, напротив, слои переплетаются между собой, поэтому нагрузка может распределяться равномерно по всей структуре, делая ее невероятно прочной. По словам Руофа, прочнее ее может быть только алмаз.
То, как слои переплетаются, позволяет им слегка смещаться друг относительно друга, делая всю структуру гибкой. Что еще важнее, можно химически управлять свойствами данного материала, изменяя количество кислорода в слоях. Например, уменьшив его, можно сделать бумагу из диэлектрика хорошим проводником.
Также планируется внедрять в структуру графеновой бумаги различные полимеры и металлы, создавая композиты, превосходящие по своим свойствам как чистый графен, так и допант.
