Кора пробкового дуба помогла физикам создать суперэластичный графен

Австралийские физики создали новую разновидность графена, которая похожа по своей структуре на кору пробкового дуба и обладает аналогичной ей сверхвысокой эластичностью и способностью к восстановлению формы, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications. Графен - это одиночный слой атомов углерода, соединенных структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Графен имеет уникальные физико-химические свойства. За его открытие, работающие в Великобритании выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм получили Нобелевскую премию 2010 года по физике

Команда ученых-физиков под руководством Дана Ли (Dan Li) из университета Монаша в городе Клейтон (Австралия) открыла новый способ получения графена, позволяющий избавить этот материал от одного из главных его недостатков - высокой хрупкости. Как выяснилось, тонкие листы графена не выдерживают даже небольших сжатий или растягиваний. Каждая такая деформация приводит к ухудшению электропроводимости графена и его прочности. Для нейтрализации этого недостатка ученые обычно пропитывают листы графена эластичным полимером, который возвращает графен в его первоначальное состояние после деформации. Подобная пропитка усложняет производство "нобелевского" углерода и ухудшает его свойства.

Физики обратили свое внимание на один из эластичных материалов, существующих в природе - кору пробкового дуба. Как и графен, пробка обладает крайне низкой удельной массой, а также двумя другими крайне полезными свойствами - она хорошо сжимается и частично восстанавливает свою форму после снятия нагрузки.

Ли со своими коллеги предположили, что графен можно сделать эластичным, объединив несколько листов и частиц графена в подобие пробки. Ученые перебрали несколько вариантов "сборки" графена в пористый лист, пока не остановились на другом природном материале - обычном льде. По словам исследователей, при замерзании воды все твердые взвеси, плавающие в ее толще, постепенно вытесняются в промежутки между растущими кристаллами воды. В конечном итоге внутри льда возникает своеобразная сетка из твердых частиц, напоминающая по своей структуре кору пробкового дерева.

Беря во внимание свою гипотезу, авторы статьи изготовили аналог пробки из графена, заморозив взвесь нанолистов "нобелевского" углерода в сосуде с водой. По объяснению Ли и его коллег, данная форма графена сохранила все положительные свойства листового "нобелевского" углерода, в том числе и высокую электропроводимость, и приобрела несколько новых.

Таким образом, изобретение авторов статьи способно без вреда для себя растягиваться или сжиматься практически в два раза, и при этом выдерживать нагрузку, в 50 тысяч раз превышающую массу самой "пробки". Кроме того, плотность пористого графена примерно в четыре раза ниже, чем у одиночных пленок из "нобелевского" углерода, что делает его одним из самых легких материалов, известных человечеству.

"Мы полагаем, что столь необычный материал может открыть новые пути для использования применения графена в технике. В частности, наше открытие позволяет создавать гибкие электронные приборы, а также использовать пробочный графен в качестве основы для других композитных материалов", - подчеркивают авторы статьи.