Anglies stebuklų šalyje

Neseniai išgauta anglies forma, vadinama grafenu, pasižymi išskirtinėmis savybėmis, yra ploniausia ir brangiausia pasaulyje medžiaga. Ji teikia naujas galimybes fundamentaliems fizikos tyrimams ir kurti praktikoje naudojamiems prietaisams.

PIEŠTUKO PALIEKAMOSE ŽYMĖSE yra šiek tiek grafeno – šiuo metu vienos populiariausių medžiagų moksle ir inžinerijoje.

Andre K. Geim ir Philip Kim

Atidžiai apžiūrėkite paprastą pieštuką. Jus gali nustebinti tai, kad šiandien tokia įprasta rašymo priemonė seniau buvo itin svarbus pirkinys ir pateko į moderniausių privalomų turėti daiktų sąrašą. Tiesą sakant, paprastus pieštukus, kaip strateginius karinius įrankius net buvo draudžiama eksportuoti. Dar labiau stebinanti naujiena yra ta, kad kaskart juo brėžiant liniją, kiekviename brūkšnyje lieka tik dabar fizikoje ir nanotechnologijose pradedamos naudoti medžiagos, vadinamos grafenu, dalelių.

Grafenas gaunamas iš grafito – pagrindinės pieštuko šerdies dalies, o kartu ir grynos anglies rūšies, suformuotos iš plokščių vienas kitą dengiančių anglies atomų sluoksnių. Tokia grafito struktūra buvo nustatyta prieš keletą amžių. Fizikai ir medžiagotyrininkai jau nuo seno bandė išskaidyti šį mineralą į jį sudarančių dalių lakštelius, kad būtų galima tirti itin paprasta geometrine struktūra pasižyminčią medžiagą. Grafenu vadinami pavieniai anglies lakšteliai. Tai medžiaga, sudaryta iš į taisyklingą šešiakampių tinklą susijungusių anglies atomų. Jos storis – kaip vieno atomo.

Daugelį metų buvo nesėkmingai mėginama pagaminti grafeną. Populiariausias iš pirmųjų metodų buvo bandymas įterpti įvairių molekulių tarp grafito plokštumų ir taip jas atskirti. Ši technologija vadinama chemine eksfoliacija. Taip grafeno sluoksniai atsiskirdavo, tačiau jais nebuvo galima pasinaudoti. Gauta medžiaga buvo panaši į grafitinių dalelių suspensiją ir išvaizda mažai skyrėsi nuo drėgnų suodžių. Taigi pirmieji bandymai su chemine eksfoliacija nedavė norimų rezultatų ir buvo imtasi kito metodo.
Netrukus eksperimentuotojai išbandė iš pirmo žvilgsnio daug paprastesnį metodą. Jie išskyrė grafito kristalus į vis plonesnius sluoksnius, trindami juos į kitą paviršių. Nepaisant šio metodo, vadinamo mikromechanine segmentacija (angl. micromechanical cleavage), grubumo, jis suveikė puikiai. Tyrėjai sugebėjo atskirti grafito plėveles, sudarytas iš mažiau nei 100 atominių plokštumų. Pavyzdžiui, apie 1990 m. Vokietijos Acheno Reino-Vestfalijos aukštosios technikos mokyklos fizikai išgavo tokio plonumo grafito plokšteles, kad jos buvo net permatomos.

Po dešimtmečio vienas iš mūsų (Kimas) su Janbo Zangu (Yuanbo Zhang), Kolumbijos universiteto absolventu, patobulino mikromechaninės segmentacijos metodą. Jie sukūrė modernų pieštuką – „nanopieštuką“. „Rašant“ juo buvo įmanoma išgauti kelių dešimčių atomų storio grafito sluoksnius (žr. intarpą 57 psl.). Visgi buvo gautas plonas grafito sluoksnis, o ne grafenas. Niekas nesitikėjo, kad tokia medžiaga galėtų egzistuoti įprastomis sąlygomis (slėgio, temperatūros).

Daugiau skaitykite liepos mėnesio numeryje

   

Facebook komentarai