Grosimea filmului de grafen este de numai 1 atom: chiar și în această fotografie realizată de un microscop de forță atomică, nu este ușor să o vedeți (limita monostratului atomic și a substratului este vizibilă)
Și așa arată structura de grafen: cea mai subțire "țesătură" - și cea mai durabilă
Grafenul este una dintre stările cristaline posibile de carbon, în care atomii sunt organizați în molecule plane gigantice cu o grosime de un atom. Rezultatul este o "nanotuburi" puternice și rezistente, care are, de asemenea, o conductivitate electrică excelentă. Pionierii grafenului au presupus că proprietățile sale pot fi folosite cu succes pentru a crea calculatoare de mare viteză, precum și pentru țesături caracterizate de o rezistență enormă la tracțiune. Scott Bunch (Scott Bunch) și Paul McEuen (Paul McEuen) l-au găsit o aplicație și mai interesantă. Studiind proprietățile grafenului, oamenii de știință l-au transformat într-un rezonator electromecanic miniatural, care poate fi folosit ca un echilibru de înaltă precizie capabil să măsoare masa de obiecte microscopice - până la molecule și atomi individuali. Principiul de funcționare al acestor scale este același cu cel al scărilor convenționale: este suficient să se plaseze obiectul pe un astfel de film de grafen și să se măsoare deflecția acestuia.
Majoritatea absolută a materialelor solide nu poate fi pregătită pentru secțiuni plate individuale cu o grosime de un atom. La un moment dat, când se atinge grosimea pragului, filmul începe fie să se dezintegreze, fie să se prăbușească în sferă. Cu toate acestea, carbonul este o substanță absolut unică. Sub formă de diamant, atomii săi sunt organizați în tetraedru, formând rețeaua de cristal a celor mai grele dintre toate materialele naturale cunoscute. Dar sub formă de grafit, carbonul este un set de straturi puternice bidimensionale, alcătuite din celule hexagonale - în timp ce relația dintre straturile individuale este foarte slabă. Astfel, pentru a obține un strat de carbon în mai mulți atomi în grosime, este suficient să atrageți ușor un creion peste hârtie. Și, deși primirea de grafen este un proces ceva mai complicat, cu toate acestea, nu poate decât să surprindă prin simplitatea sa.
Într-un substrat de cuarț, sunt gravate caneluri miniatură cu o lățime de 1 mkm și o adâncime de 300 nm. Apoi se aplică un strat subțire de carbon, pur și simplu "pictați" substratul cu o bucată de grafit lipită de vârful scobitorului. Cu ajutorul unui microscop optic, se stabilește locația canelurilor - acestea sunt umplute cu straturi foarte subțiri de grafit, cu o lățime de ordinul a zeci de mii de atomi. În acest caz, grosimea unor straturi nu depășește 1 atom - cu alte cuvinte, în caneluri apar fragmente de grafen. Prezența acestor straturi este confirmată de observațiile spectroscopice, precum și de datele microscopice de forță atomică (AFM).
La punțile de grafen, care leagă marginile unor caneluri, oamenii de știință au adus o mică tensiune, sub care au început să fluctueze. Frecvența și amplitudinea oscilațiilor au fost înregistrate cu ajutorul unui laser, care a făcut posibilă o estimare precisă a rigidității acestui material. "Viteza vibrațiilor acestor felii este determinată de grosimea, dimensiunea și gradul de rigiditate inerente acestei substanțe particulare. Aparent, grafenul este cel mai rigid dintre toate materialele cunoscute. În plus, este foarte subțire și ușoară, ceea ce îl face o unealtă extrem de sensibilă pentru măsurarea masei și a presiunii. De fapt, grafenul este cea mai subțire structură vibrantă pe care o putem obține. Și nu puteți fi decât surprins de cât de ușor este ", spune Scott Bunch.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: