Лазерные импульсы позволили получить улучшенный графен

Графен известен своими уникальными свойствами: он прочен, но гибок, обладает высокими тепло- и электропроводностью. Пока нет эффективной и недорогой методики получения качественного графена большой площади, которую можно было бы перенести на получение промышленных объемов. Одной из перспективных идей в этом направлении является применение лазерного излучения для восстановления графена из оксида графена. Сам оксид графена при этом получается химическим путем из обычного графита. Лазерная методика восстановления привлекательна своей дешевизной и возможностью контролируемо варьировать качество получаемого материала.

Несколько лет назад группа ученых из Сколтеха обнаружила, что графен достаточно высокого качества можно получить в ходе импульсного лазерного нагрева оксида до 3300–3800 К даже в обычной воздушной атмосфере. Это удивительно, поскольку углеродные материалы активно горят в присутствии атмосферного кислорода уже начиная с температур 600–800 К. Авторы работы воспользовались методами суперкомпьютерного атомистического моделирования, а также провели экспериментальное исследование, чтобы выяснить, что именно происходит при таком воздействии.

Оказалось, что экстремальный нагрев запускает два противоположных процесса. На краях листа и в дефектных местах, где атомы углерода более реакционно способны, действительно происходит сгорание, то есть разрушение. В центральной части атомам выгоднее вернуться в стабильное состояние, когда они образуют правильные ячейки, — по сути, происходит отжиг, и структура материала улучшается. 

Полученные результаты проливают свет на поведение оксида графена при экстремальных температурах — в области, где проведение прямого экспериментального анализа практически не представляется возможным. Понимание процессов, описанных в работе, может помочь в дальнейшем развитии и оптимизации методов получения высококачественного графена с большой площадью.