Графены

Обсуждаемые в данном разделе нанообъекты можно бы-

ло бы назвать «молекулами графита» так как основу всех

разнообразных представителей графенов составляют «куски»

единичных атомных плоскостей кристаллического графита. В

связи с относительно слабыми межплоскостными связями в

графите, уже давно не подвергалась сомнению принципи-

альная возможность «отщепления» отдельных углеродных

плоскостей и их самостоятельного существования (например,

в растворах). Однако вскоре была выявлена существенная не-

стабильность подобных представителей наноуглерода в сво-

бодном состоянии (рисунок 1.10). Бездефектные графены

имеют тенденцию собираться в «пачки», образуя нанокриста-

лы графита. Наличие структурных дефектов на краях угле-

родных плоскостей способствует их сворачиванию в нанот-

рубки, развитые дефекты строения самих плоскостей способ-

ствуют образованию фуллереноподобных объектов. Прове-

денные исследования показали, что одним из способов ней-

трализации дестабилизирующего действия краевых дефектов

структуры может быть присоединение атомов водорода (Зиат-

динов, 2004; 2006; Макарова, 2004).

Рисунок 1.10 Графены – предшественники других форм

наноуглерода – фуллеренов (слева), нанотрубок (посередине)

и нанографита (справа).

Впервые, индивидуальные свободные молекулы графе-

нов получили в 2004 году Андре Гейм (Andre Geim) и россий-

ский ученый Константин Новоселов в результате исследова-

ний, проведенных ими в Манчестерском Университете

(Novoselov et. al., 2004; Geim and Novoselov, 2007). Одним из

использованных методов было микромеханическое «отшелу-

шивание» углеродных плоскостей от кристалла графита (см.

рисунок 1.11).

Как отмечено выше, свойства графенов обычно изучают,

стабилизируя ненасыщенных связи краевых атомов углерода

путем присоединения атомов водорода. Наиболее исследо-

ванным нанообъектом подобного типа является молекула

C62H20 (рисунок 1.12).

Рисунок 1.11 Атомные монослои

углерода, «отшелушенные» от

кристалла графита

Рисунок 1.12 Плоский «лист»

графена, стабилизированный во-

дородом (C62H20).

Уже на протяжен

ии многих лет высказывались предпо-

ложения о присутствии графенов и графеноподобных объек-

тов в природных нефтях и битумах. Прямое наблюдение

структур, похожих на графены, описано в публикации, по-

священной исследованию фуллеренов среди асфальтенов

нефти (Camacho-Bragado et al., 2002). На изображениях, по-

лученных в просвечивающем электронном микроскопе, при-

сутствовали искривленные «листки», отделившиеся от разру-

шенных многослойных «луковиц» фуллеренов. В другом ис-

следовании нефтяных асфальтенов приведены изображения

графеноподобных «листков» входящих в молекулярные агре-

гаты диаметром, примерно, 50 нм (Perez-Hernandez et al.,

2003). Косвенные подтверждения наличия графеновых «па-

чек» в 3-5 нм агрегатах асфальтенов были получены метода-

ми малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и синхро-

тронного излучения (Chianelli et al., 2007).

Дата добавления: 2014-01-04