И это еще не все.
Недавно ученые выяснили, что если удалить из графена — слоя графита толщиной в 1–2 атома все примеси, то подвижность электронов в нем побьет все рекорды: она будет в 100 раз больше, чем в кремнии, в 20 раз больше, чем в арсениде галлия GaAs), и даже выше, чем в абсолютном рекордсмене среди всех полупроводников — антимониде индия (InSb). А это значит, что из графена можно делать сверхбыстрые процессоры и другую электронику, работающую даже в терагерцовом диапазоне частот — малодоступной пока области электромагнитных волн, которая таит в себе немало открытий и важных практических приложений.
Расчеты смогли подтвердить на практике исследователи из Рутгерского университета (США). Ученые под руководством профессора Мэниша Чховеллы разработали относительно простой и дешевый способ изготовления из графена тончайших прозрачных пленок. Они уверяют, что могут осадить графен практически на любую подложку, включая гибкую полимерную, причем в виде лент практически неограниченных размеров.
Делается это так. Сначала специалисты смешивают с водой графитовые чешуйки. Затем в полученную суспензию добавляют серную или азотную кислоту. Атомы кислорода, встраиваясь между отдельными графеновыми слоями, окисляют их, способствуя разделению. В результате в воде образуются графеновые листочки. Эту взвесь фильтруют через мембрану с порами диаметром 25 нм. Вода проходит сквозь поры, а графеновые чешуйки задерживаются. Затем мембрану перекладывают на подложку вниз стороной, покрытой графеновыми чешуйками, и растворяют в ацетоне. Оставшуюся пленку выдерживают в гидрозине для преобразования графенового оксида в графен. Толщину пленки легко регулировать, изменяя объем используемой суспензии: так, при объеме 20 мл образуется пленка толщиной 1–2 нм, при 80 мл — 3–5 нм.
Проводящий прозрачный материал в ближайшие годы найдет применение в солнечных батареях, проекторах, сенсорных экранах и дисплеях. На графене, путем пере мещения пленки на кремниевую подложку и осаждения на нее золотых электродов, получены и транзисторы. Кроме того, графеновый слой толщиной в один атом необычайно чувствителен к каждому осажденному на нем атому другого вещества. Это позволяет делать газовые сенсоры и миниатюрные химические датчики высочайшего качества.
И наконец, самые последние известия. В начале нынешнего года физикам из Университета Манчестера, при поддержке коллег из Голландии и России, удалось впервые синтезировать еще один удивительный материал — графан. Так называется пленка графена, к каждому атому углерода которой присоединен атом водорода.
Этот материал не раз пытались синтезировать, но без особого успеха. Дело в том, что для присоединения водорода к графену необходимо сначала разбить его молекулу на атомы. А для этого обычно требуется высокая температура, которая графен разрушает. В Манчестере нашли способ обойти эту проблему, применив для разрушения молекул водорода электрический разряд.
Исследование электрических и структурных свойств графана показало, что в нем, в согласии с предсказаниями теоретиков, к каждому атому углерода присоединен один атом водорода. При этом гексагональная структура графена не нарушена, но атомы углерода немного развернуты и сближены друг с другом. Эти изменения превращают графан в хороший диэлектрик. При нагреве графана водород улетучивается, и первоначальная структура графена полностью восстанавливается.
Компьютерная реконструкция атомной структуры графена (слева) и графана (справа).
Компьютерное изображение графеновой мембраны.
Благодаря своим свойствам и малой массе, графан способен решить проблему хранения водорода — главную проблему, стоящую на пути зарождающейся водородной энергетики. Ведь одно дело возить водород в громоздких, взрывоопасных баллонах, и совсем другое — в компактном блоке, заполненном графановым порошком. Но самым интересным представляется использование углерода в графеновой микроэлектронике для получения сверхминиатюрных электронных схем.
Пока далеко не все свойства графита и его сородичей открыты. Однако даже то, что уже известно ученым, позволяет говорить об углероде как об одном из самых перспективных материалов XXI века.