Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1 - Свернутый графен. а) Графен перед сворачиванием. Синим цветом обозначены линии сгиба. b) Графолд с трехслойной складкой. Верхний, средний и нижний слои показаны синим, красным и желтым цветом соответственно. с) Случай, когда линии изгиба параллельны друг другу. d)-g) Вид сверху на свернутый в три слоя графен для различных конфигураций углов сворачивания и вектора разности трансляционных векторов кристаллической решетки графена
Рисунок 2 - ПЭМ и дифракционные изображения свернутого графена. На рисунке f) - Дифракционные интенсивности для трех областей для А и В точек, а такде их суммы (в области складки, интенсивность от атомов внешних слоев)
Рисунок 3 - Зонная структура двухслойного графена в зависимости от взаимного сдвига двух слоев
Рисунок 4 - Зонная структура свободно лежащего свернутого в три слоя графена
Рисунок 5 - а) ПЭМ изображение внедренного фуллерена. b) Схематическое изображение внедренного в складку фуллерена

Графен и графолд

Ключевые слова:  графен, графолд, свернутый

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

17 июля 2011

Свернутый в виде самолетика лист бумаги стремительно летит вверх. Еще несколько секунд назад недвижимо лежащий на столе и лениво падающий к полу, если вдруг кто-то невзначай столкнет его своим неловким движением. Это простой пример того, как в макромире сворачивание придает объекту не только новую форму, но и новые свойства. В наномире лист бумаги чем-то напоминает графен - моноатомный слой sp2 гибридизированных углеродных атомов. Его модуль Юнга (характеризующий способность материала сопротивляться упругой деформации при растяжении или сжатии) высок в продольном и низок в поперечном направлении. Это значит, что лист графена так же легко разорвать в поперечном направлении как и лист бумаги, проткнув его ручкой, и так же трудно в продольном, если тянуть его за край, пытаясь разорвать пополам. Складывание может привести к появлению интересных свойств в графене. В журнале Physical Review B американские ученые из университета города Беркли, Калифорния, рассказывают о том, как можно получить свернутый графен, а также о некоторых интересных свойствах, которые появляются у таких структур.

Свернутый графен они назвали графолдом (grafold, от англ. GRAphene - графен, FOLD - сворачивать). В работе были получены самые разнообразные структуры графолда от структуры с единственной складкой до периодических структур с несколькими складками. Однако свернуть графен можно не во всех направлениях. Это объясняется гексогональной структурой кристаллической решетки материала. На рис.1 показаны лишь некоторые возможные варианты. Направление линии изгиба определяется относительно вектора a1 - a2, где a1,a2 - обычные трансляционые векторы кристаллической решетки графена. Если угол изгиба θ не делится без остатка на 300, при складывании произойдет относительный поворот между листов графена (рис.1b).

Для сворачивания листа графена на нем необходимо обозначить линию изгиба. Это можно сделать с помощью рельефной подложки для формирования графена. Например, медной фольги толщиной 25 мкм. Рельеф создается методом электронно-лучевой литографии. Толщина получаемых линий от 1 до 2 мкм. В качестве резиста используют полиметилметакрилат, который после травления раствором Na2S2O8 удаляется ацетоном.

В работе был получен графолд с трехслойной складкой (рис.1h слева). На рис.2 представлены результаты просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) этого образца. На рис.2b отчетливо просматривается вертикальная светлая полоса (место наложения трех слоев). Светлые точки, беспорядочно расположенные на изображении, - это атомы или молекулы, которые или попали в складку, или адсорбировались на места изгибов в процесс приготовления образца. В дополнение к ПЭМ с помощью дифракционной микроскопии были получены изображения кристаллической решетки в трех областях графолда (однослойной, трехслойной и однослойной, рис. 2c,d,e соответственно). Как и ожидалось, трехслойная структура графолда подтвердилась. Это видно на рис.2d, на котором синими кружочками (линия В) обозначены атомы углерода внутреннего слоя, а красными (линия А, интенсивность точек больше, чем на первой и третьей картинке) - атомы углерода внешних слоев. Так как угол между линиями А и В мал и составляет всего 0,4 градуса, это значит, что линии изгиба почти параллельны друг другу, что хорошо согласуется с результатами ПЭМ.

Зачем же нужен графолд? Прежде всего ученых интересует изменение электронных свойств графена при его свертывании. Как изменится его проводимость, каковы особенности зонной структуры? С этой целью в работе была исследована зонная структура двух слоев графена в зависимости от степени взаимного сдвига атомов кристаллической решетки (рис.3). В результате параметров сдвига происходит усложнение зонной структуры, смещаются экстремумы, в некоторых случаях незначительно перекрывающиеся и сдвинутые относительно так называемой К-точки (равновесной точки, в которой максимум валентной зоны и зоны проводимости совпадают при отсутствии сдвига). На рис.4 показаны результаты численного моделирования графолда свернутого под углом 0 градусов с трехслойной складкой, свободно лежащего на плоской поверхности. Из рисунка видно, что полученная зонная структура очень сложна и имеет многочисленные максимумы и минимумы. На вставке видно, что крайние экстремумы испытывают слабое перекрытие, что говорит о полуметаллических свойствах графолда.

Очевидно, что из графолда можно создавать периодические структуры - новый тип сверхрешеток, электронные и оптические свойства которых еще предстоит изучить. Также предполагается, что графолд можно будет использовать в качестве идеальных интеркаляционных платформ для других атомов или молекул. Авторы статьи интеркалировали молекулы фуллерена в графолд. На рис. 5 - ПЭМ изображение внедренного фуллерена (справа, красная рамка) и его эскиз.


Источник: Multiply folded graphene



Комментарии
Антонов Алекс, 17 июля 2011 21:41 
Не указывалось- обратный процесс из графолда в графен не проводилось?
А такая статья не встречалась- Интеркалирование атомами и молекулами двумерной графитовой пленки..?
1999 год, однако. Прошлый век.
Mayorov Alexander Sergeevich, 27 июля 2011 01:37 
А английской версии статьи нет?
нет не указывалось. только из графена в графолд
спасибо за перевод! интересно! (только картинки с ПЭМ, а не с СТМ)
Клюев Павел Геннадиевич, 15 августа 2011 14:53 
да, спасибо

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Кинетика vs. термодинамика
Кинетика vs. термодинамика

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Итоги Менделеевского Года
28 ноября в Фундаментальной библиотеке МГУ состоялось торжественное закрытие Международного года Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.