Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Поликристаллический графен догнал по прочности монокристаллический
Монокристаллический графен (например, полученный отщеплением от графита) – один из самых прочных среди известных на сегодняшний день материалов. Однако требующиеся для практического использования графеновые пленки большой площади, которые получают химическим осаждением из паровой фазы (chemical vapor deposition, CVD) являются поликристаллическими: они состоят из хаотически ориентированных зерен. Механические характеристики таких пленок гораздо хуже, чем у двумерного монокристаллов графена. Бытует мнение, что виной тому являются межзеренные границы – “слабые звенья”, с которых начинается разрушение образца при нагрузке. С одной стороны, эта точка зрения вроде бы подтверждается в экспериментах по наноиндентированию (вдавливанию иглой наномасштабного диаметра), а с другой – не согласуется с основанными на численном моделировании утверждениями теоретиков о практически одинаковой прочности границ зерен и идеального графена.
Статистический анализ данных наноиндентирования для жесткости поликристаллических графеновых пленок с зернами размером 50 ¸ 200 мкм (А) и 1 ¸ 5 мкм (В).
В работе [1] американских и корейских ученых установлено, что причина такого противоречия кроется просто-напросто в плохом качестве пленок, обусловленном недостатками общепринятой технологии их изготовления, а именно – использованием хлорида железа для стравливания медной фольги после осаждения на нее пленки и заключительной горячей сушкой на воздухе с целью удаления полимерной подложки. Заменив FeCl3 на персульфат аммония и выбрав в качестве полимера не требующий термообработки полидиметилсилоксан, авторы [1] изготовили поликристаллические графеновые пленки с жесткостью 328±15 Н/м (см. рис.), что почти на порядок больше, чем у пленок, полученных по стандартной CVD-методике (55 Н/м) и практически совпадает с жесткостью идеального графена (340 Н/м). Наноиндентирование показало, что границы и внутренние области зерен по своей прочности почти не различаются – в соответствии с теоретическими предсказаниями. Модифицированная в [1] методика синтеза поликристаллического графена может найти применение в самых различных областях, от “гибкой электроники” до высокопрочных материалов.
