Grafen junior

Grafen — najcieńszy na świecie materiał — to forma węgla o grubości jednego atomu. Grafen stał się nową nadzieją wielu dziedzin nauki i techniki, m.in. fizyki (za jego pomocą zmierzono wartość podstawowej stałej Wszechświata) czy informatyki (najmniejszy na świecie tranzystor). Ta dwuwymiarowa, „egzotyczna” postać węgla składa się z ułożonych w heksagonalną sieć atomów tego pierwiastka i cechuje się niezwykle wysokim przewodnictwem elektrycznym. Zainspirowani taką właściwością grafenu fizycy i materiałoznawcy rozpoczęli intensywne poszukiwania jego zastosowań. Materiał ten otrzymano po raz pierwszy w roku 2004, a dokonali tego ci sami naukowcy, którzy są autorami najnowszego doświadczenia.  

Zespół naukowców skupiony wokół „ojców” grafenu — Andre Geima i Konstantina Novoselova — przeprowadził reakcję grafenu z innymi pierwiastkami i otrzymał w wyniku tego związek charakteryzujący się ciekawymi właściwościami elektronowymi. W artykule opublikowanym w magazynie „Science” naukowcy piszą, że w wyniku obróbki grafenu w plazmie wodorowej do warstw atomów węgla przyłączyli wodór. Reakcja ta nie miała wpływu na budowę cienkiej węglowej powierzchni grafenu, lecz diametralnie zmieniła jego właściwości. 

W wyniku reakcji powstał dwuwymiarowy kryształ, który fizycy nazwali grafanem. Zgodnie ze słowami Geima sami naukowcy byli zaskoczeni, z jaką łatwością udało im się zmodyfikować grafen. Jest to bowiem dowód na to, że za pomocą reakcji chemicznych można zmieniać jego grafenu, przekształcając go w zupełnie nowy materiał. Co więcej, nagrzewanie nowego związku węglowego do 450 °С w ciągu 24 godzin prowadzi do ponownego odłączenia atomów wodoru.  

Okazało się, że w odróżnieniu od grafenu, który jest wspaniałym przewodnikiem, grafan jest izolatorem, a więc słabo przewodzi prąd elektryczny. Być może tę różnicę właściwości będzie można wykorzystać w urządzeniach skonstruowanych na bazie grafenu i grafanu. Profesor Andre Geim podkreśla, że współczesny przemysł półprzewodnikowy przystosował do swoich potrzeb niemal cały układ okresowy pierwiastków. Grafen — ten sam materiał, posiadający różne właściwości — ma szansę na zastąpienie ich wszystkich. Naukowców czeka jednak wiele badań — muszą oni popracować nad otrzymywaniem z grafenu związku półprzewodnikowego. Na rozwiązanie w dalszym ciągu czeka jednak podstawowy problem — w jaki sposób produkować grafen na skalę przemysłową? Mimo wielu pytań, jakie stawia przed naukowcami ten rewolucyjny materiał, niewątpliwie fakt możliwości modyfikacji grafenu w reakcjach chemicznych jest dla nich niezwykłą inspiracją. JSL

źródło:www.manchester.ac.uk