Свойства графена могут меняться в зависимости от его расположения и окружения

Когда листы графена помещались на различные поверхности, которые были сделаны из различных материалов, основные свойства графена (такие как электропроводность и химическое взаимодействие с другими веществами) менялись радикально, в зависимости от природы материала, который находился под графеном.

По словам Майкла Страно, профессора химической инженерии в МТИ, они были чрезвычайно удивлены, обнаружив подобные изменения в свойствах графена. Материалы исследования Майкла (ведущего автора) и его коллег были опубликованы на этой неделе в журнале Nature Chemistry. Как подчеркнул Страно, они ожидали, что графен будет вести себя также как и графит – хорошо известная форма углерода, используемая для карандашных стержней. Структура графита представляет собой множество слоев графена. Однако, ожидания не оправдались, графен показал совершенно другие свойства.

Как говорит Майкл Страно, графен – это очень странный материал. Из своей необычайной неплотности (тонкости), на практике графен всегда размещается на поверхности того или иного материала для поддержки. Если материал, который расположен под ним, это диоксид кремния (самый часто используемый материал в электронике), графен быстро реагирует на воздействие определенных веществ, в то время как, располагаясь поверх нитрида бора, он не вступает в реакцию с этими же веществами. Это все очень неожиданно и противоречит здравому смыслу. Получается, что можно включать-выключать способность графена образовывать химические связи.

Как оказалось, причина столь необычного поведения графена заключается в его толщине. Этот материал настолько тонок, что электрическое поле атомов материала, на котором он расположен, влияет на его способность реагировать на воздействие. Это означает, что можно создать устройства с необычной подложкой, которая будет иметь особую систему  организации. Некоторые части поверхности, к примеру будут покрыты диоксидом кремния, другие – нитридом бора. Вся поверхность будет покрыта слоем графена. Это позволит начать производство микрочипов для датчиков для обнаружения следов биологических или химических веществ.

Цин Хуа Ванг, ведущий автор работы, постдок МТИ, говорит, что такое решение позволит сохранить сами биомолекулы при том, что они смогут вступать в реакцию с поверхностью (которая покрыта графеном и состоит из частей покрытых диоксидом кремния или нитридом бора).

В конечном счете, графен можно использовать как специальное защитное покрытие для многих материалов. Например, он может защитить от коррозии медь, поскольку не дает металлу окисляться. С учетом того, насколько графен тонкий, а словосочетание «защитное покрытие» звучит немного странно для столь тонкого материала, все это очень похоже на волшебство.

Поняв причину необычных свойств графена, ученые разработали новую теорию переноса электронов. Новое понимание вопроса может быть использовано для прогнозирования поведения различных материалов на различных поверхностях. А также изучить возможные новые необычные свойства графена и особенности его взаимодействия с другими веществами. Сейчас ученые начали серию экспериментов с двухслойным покрытием графена. Как оказалось, двухслойный графен также имеет отличные свойства и по-другому реагирует на воздействие чем один слой графена.