Grafen ma zdolności regeneracji

Grafen wkroczył do elektroniki nie tylko profesjonalnej, ale i użytkowej. Jest obecnie stosowany w czujnikach, tranzystorach, procesorach i chipach. Ze względu na duże trudności przy jego wytwarzaniu – żaden zespół naukowy nie zdołał stworzyć większej ilości arkuszy grafenu, żaden też nie wytworzył tego materiału w większej objętości – badania nad grafenem są obecnie jedną z wiodących dziedzin inżynierii materiałowej na całym świecie.

Problemy z grafenem wynikają z jego budowy. Arkusze grafenu mają często grubość atomu, a materiał łatwo reaguje z atomami metali, co zmienia jego właściwości.

Zachowanie grafenu badał zespół naukowców z University of Manchester pod kierownictwem prof. fizyki Konstantina Novoselova, laureata Nagrody Nobla z roku 2010 (wspólnie z prof. Andre Geimem) za badania właśnie nad tym materiałem. W trakcie badań stwierdzono, że grafen posiada zdolność regeneracji.

Badacze wykonywali otwory w arkuszach grafenu przy pomocy mikroskopu elektronowego. W ciągu kilku minut „zszywały się” one same poprzez narastanie warstwy grafenu na brzegach otworu i szybkie jego zamknięcie.

Naukowcy postanowili utrudnić ten proces, wprowadzając w brzegi otworu „obrębienie” z kilku atomów palladu lub niklu, z którymi łatwo reagowały pobliskie atomy węgla. Stabilizowało to otwory nie pozwalając im się zamknąć. Jak się okazało, w przypadku większych otworów konieczne było użycie większej ilości atomów palladu lub niklu, bowiem przy mniejszej ich ilości warstwa grafenu narastała w wolnych obszarach, zarastając na koniec otwór. Dopiero duża ilość atomów obu pierwiastków stabilizowała otwory, blokując proces samonaprawczy.

Jednak, jak stwierdzili badacze, dodanie do grafenu z dużymi otworami, stabilizowanymi niklem lub palladem, atomów węgla, uruchamiało proces regeneracji od początku. Nadmiarowy węgiel reagował bowiem z atomami palladu bądź niklu, wypierając te metale z siatki grafenowej, co pozwalało na kontynuowanie procesu samonaprawy i zasklepienie nawet dużych otworów w arkuszu grafenu.

Proces ruszał najszybciej, jeśli nadmiarowe atomy węgla zostały dostarczone w postaci węglowodorów, ale siatka zawierała odkształcenia od zwykłej dla grafenu formy heksagonalnej, tam, gdzie atomy metali weszły w jej strukturę. Czysty węgiel powodował, że reperacja trwała dłużej, ale jej efektem była prawidłowa struktura heksagonalna arkusza grafenu.

Obecnie naukowcy, z University of Manchester pracują nad kontrolą tego procesu oraz określeniem czasu naprawy przypadku różnego typu struktur grafenowych.