Нанотефлон от Гейма и Новоселова

Одно из применений уникальных свойств графена – прочности и стабильности – предложили сами Нобелевские лауреаты Андрей Гейм и Константин Новоселов. Их научная группа опубликовала в журнале Small, посвященному исследованию микро- и нанообъектов, сообщение о создании фторографена.

Фторографен можно назвать «нанотефлоном», он близок к нему по свойствам, способен выдерживать температуры до 400 градусов по Цельсию.

«Получено стехиометрическое производное графена, в котором атом фтора присоединен к каждому атому углерода. Структурные, микромеханические и спектроскопические исследования, что материал качественно отличается от нестехиометрических производных графена. Он является высокоэффективным диэлектриком, сохраняет механическую прочность графена, инертен и выдерживает температуры до 400 градусов, как тефлон», – говорится во введении к статье.

Графен – двумерная поверхность из атомов углерода, обладает рядом незаурядных свойств, применение которых пока еще находится в стадии разработки. По словам Новоселова, компания Samsung планирует выпустить мобильные телефоны с использованием графена в 2012 году.

Необычны и химические свойства графена – такая «углеродная плоскость» может рассматриваться как единая двумерная полимерная молекула и вступать в реакции модификации как единое целое. Уже предприняты попытки создания оксида графена, то есть присоединения атома кислорода к каждому атому углерода, а также синтез аналогичного соединения с водородом. Однако не получалось соблюсти пресловутую стехиометрию – четкое соблюдение пропорций, углерод-модифицирующий агент в конечном продукте. В реакции участвовали не все атомы углерода, в результате «гости» заселяли графеновую плоскость неравномерно, оставляя на ней «плеши». Несоблюдение эквивалентности участков полученного слоя не могло не влиять на его физические свойства.

Группа Гейма и Новоселова предложила использовать для модификации графена вещество, которое образует прочные химические связи с углеродом. В качестве такого вещества был выбран фтор – именно фторуглеродный полимер, тефлон (политетрафторэтилен, фторопласт-4) обладает уникальными физическими свойствами. В тефлоне каждый атом углерода взаимодействует с двумя такими же атомами (образующими скелет полимера) и двумя атомами фтора.

Фторографен – двумерный материал, где каждый атом углерода взаимодействует с тремя своими соседями и одним атомом фтора.

Если тефлон можно рассматривать как одномерный аналог фторографена, то фторографит, используемый в качестве твердой смазки, – его трехмерный аналог. Он относится к так называемым интеркалятам – соединениям со слоистой структурой, в которые реагенты-гости внедряются между слоями.

В первых попытках получить фторографен фторографит как раз использовался как исходное вещество. Однако попытки отделить от него одноатомные слои не увенчались успехом – «гость» в таких материалах связан с обоими слоями атомов-хозяев, возможно, поэтому отделить удавалось только многоатомные слои.

Группа Гейма и Новоселова использовала в качестве исходного вещества графен, подвергнув его действию фторида ксенона при высокой температуре.

Полученный сверхтонкий диэлектрик интересен для использования в электронике,

его прозрачность, также унаследованная от графена, позволяет использовать его в производстве дисплеев.

Гейм и Новоселов – уроженцы России, переехавшие на Запад в 90-е годы. Оба они выпускники МФТИ, Гейм сейчас имеет гражданство Голландии, а Новоселов – Великобритании и России. В октябре этого года они стали лауреатами Нобелевской премии за создание и исследование свойств графена.

Помимо коллег Гейма и Новоселова по Манчестерскому университету среди соавторов статьи Михаил Канцельсон из Нидерландов, ученые из Китая и Польши, а также двое представителей Института неорганической химии СО РАН: заведующий лабораторией физико-химии наноматериалов, доктор физико-математических наук Александр Окотруб и его коллега, доктор химических наук Любовь Булушева.