Новое свойство: гибкий графеновый материал при ударе становится твёрже алмаза
Материал будущего графен не перестаёт поражать своими возможностями. Напомним, что сферы его использования практически безграничны – от создания новой гибкой электроники до поиска взрывчатки.
Графен удивляет и своими свойствами: твёрдость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно низкая теплопроводность. Изделия из него могут быть "губчатыми", гибкими и даже складывающимися в оригами.
Исследователи из Городского университета Нью-Йорка открыли ещё одно свойство графена. На его основе они создали материал, который изначально является гибким и лёгким, как фольга. Однако он же может становиться жёстким и настолько твёрдым, что выдержит удар пули при выстреле из пистолета.
Учёные работали с диаминовыми листами графена. Они создали два листа каждый толщиной в один атом. При комнатной температуре и под воздействием высокого механического давления эти листы превращаются в материал, который по прочности и твёрдости может сравниться с алмазом. Преобразование происходит мгновенно и проявляется только в точке контакта.
Созданием графеновых листов руководил химик Анджело Бонджорно (Angelo Bongiorno). Под его руководством команда сначала при помощи компьютерного моделирования изучила, как материал поведёт себя под давлением при различной конфигурации атомов углерода, а затем выбрала наилучший вариант.
Далее учёные использовали атомно-силовой микроскоп для приложения локального давления к двухслойной графеновой плёнке (её поместили на подложку из карбида кремния). Результаты полностью совпали с моделированием.
"Графит и алмазы состоят полностью из углерода, но атомы расположены по-разному в каждом материале, придавая им различные свойства, такие как твёрдость, гибкость и электрическая проводимость. Наша новая методика позволяет манипулировать графитом (когда объединены два слоя графена, материал считается графитом – прим.ред.), чтобы "подключать" полезные свойства алмаза при определённых условиях", — поясняет Бонджорно.
Исследователи отмечают, что в данном случае их магическим числом стала двойка: переход их одного состояния в другое происходит только при использовании двух листов графена – не больше и не меньше.
"Это самая тонкая из когда-либо созданных плёнка с жёсткостью и твёрдостью алмаза. Раньше, когда мы тестировали графит или один слой графена, мы применяли давление, и плёнка оставалась мягкой. Но когда графеновая плёнка была толщиной в два атомных слоя, мы внезапно поняли, что материал под давлением становится чрезвычайно жёстким и прочным – более твёрдым, чем алмаз", — добавляет профессор физики и ведущий автор исследования Элиза Ридо (Elisa Riedo).
По словам экспертов, эта работа открывает новые возможности для исследований фазового перехода между графитом и алмазом в двумерных материалах. Но физикам ещё предстоит изучить методы стабилизации этого перехода – для этого нужно спрогнозировать и проверить, как поведёт себя материал в разных условиях.
Что же касается практики, то подобные невероятно прочные материалы будут полезны в разработке нового класса износостойких защитных покрытий, например, для транспортных средств и даже космических аппаратов. Кроме того, открытием наверняка заинтересуются военные, ведь на основе графеновых плёнок можно создать сверхлёгкую пуленепробиваемую броню.
Авторы добавляют, что сейчас они ищут инвесторов для реализации новых проектов в этой сфере. Их нынешняя научная работа опубликована в издании Nature Nanotechnology.
К слову, ранее российские физики научились делать в графене нанопоры заданного размера.
