«Нобель» после «Шнобеля»
В успех русских исследователей, открывших графен, никто особенно не верил: как-то слишком просто все выглядело
Скопируйте код в ваш блог. Форма будет выглядеть вот так:
 5 октября Нобелевский комитет сообщил, что престижнейшую научную премию в этом году получат два исследователя с российскими корнями – Андрей Гейм и Константин Новоселов, работающие в университете Манчестера. Награждают их за открытие и исследования тончайшей (то есть нано-) пленки из углерода, получившей название графен.
В этой истории много забавных и удивительных вещей. Начнем с того, что Гейм и Новоселов не просто получили и изучили то, что не удавалось никому, но и сделали это самым удивительным способом, – настолько простым, что в него не поверили.
Уже более 300 лет углерод не перестает удивлять химиков и физиков. Тарджони сжег алмаз и узнал, что он горит, как уголь. Лавуазье обнаружил, что при сгорании алмаз выделяет углекислый газ, а Фарадей уже заключил, что уголь, графит и алмаз – суть один и тот же элемент. Обнаружилось, что в зависимости от того, как упакованы атомы углерода, мы увидим совершенно разные сущности. Что может быть полярнее, чем твердейший в мире минерал, несокрушимый алмаз и черная, бархатистая сажа? В одном случае, каждый атом углерода теснейшим образом связан с четырьмя другими, образуя прочнейшую октаэдрическую решетку. В другом случае имеет место хаотическая структура.
Графит – еще одна ипостась углерода. Это слоеный пирог из пленок, которые образуют шестигранные соты. То есть каждая пленка напоминает сетку с шестигранными ячейками, узлы которых и есть атомы углерода. Каждый слой лежит на другом. Связи между слоями значительно менее прочные, нежели в этих самых пленках. И в результате химически чистый графит обладает удивительной анизотропией свойств: он прочнее в одном направлении, нежели в другом.
Вообще-то мало в природе веществ, столь востребованных современной цивилизацией. Графит электропроводен (в отличие от алмаза), причем очень хорошо теплопроводен. Но он еще стоек к любым агрессивным средам, включая кислоты и даже расплавленные металлы. Поэтому из него делают электроды для выплавки алюминия методом электролиза.
Но он не только проводит электричество: графит представляет собой уникальную сухую смазку, и поэтому из него делают щетки электродвигателей, токосъемники у электротранспорта, в общем, используют везде, где требуется подвижный электрический контакт.
Его используют в атомных реакторах как замедлитель нейтронов, как наполнитель специальных токопроводящих пластмасс и клеев и... в качестве грифелей для карандашей; отсюда и название графита, от греческого «графо» – пишу. Вполне логично, что рано или поздно исследователи должны были заинтересоваться свойствами графита в одной-единственной пленке, тем более, что это обещало концентрировать его положительные свойства и избавиться от главного недостатка – низкой прочности. Оставалось дело за малым – получить эту единственную пленку.
Казалось бы, какая разница – много этих пленок или одна единственная? Оказывается, разница есть. Если взять палку и попытаться согнуть ее под прямым углом, скорее всего, она сломается. Но если взять тонкий прутик, он спокойно согнется. Шеренга людей, идущих в затылок друг другу, может изгибаться самой причудливой змейкой, но строй шириной уже в десяток человек по фронту при попытке повернуть под более-менее острым углом начнет рассыпаться: те, кто будут внутри поворота, начнут наступать друг другу на ноги, а те, кто снаружи, — разорвут строй.
То же происходит и в материалах. Идеальная пленка толщиной в один слой атомов должна быть очень прочной, эластичной и иметь идеальные свойства, характерные для данной структуры. Причем, измените структуру – и вы получите вещество с другими свойствами, как в случае алмаза и графита. Если вытянуть атомы в цепочку, то получится так называемый карбин, если атомы углерода свернуть в такую шарообразную структуру, то мы будем иметь фуллерен. А если свернуть графитовую сетку в длинную трубку – будет знаменитая нанотрубка.
Графен – так называется эта самая пленка, толщиной в один слой атомов, – теоретически должен был быть очень интересным веществом. Вопрос был в том, как ее получить, чтобы надлежащим образом исследовать, и понять: стоят ли остальные овчинки выделки.
Гейм и Новоселов решили вопрос гениально просто. Графит используется в карандашах: он рассыпается на бумаге на отдельные чешуйки, оставляя след. Нужно было отделить только один слой... что они и сделали, положив на след от карандаша полоску скотча. Вот этот один слой и приклеился!
Но настоящая адова работа начиналась как раз после этого. Ведь требовалось отобрать самые лучшие кусочки. Подавляющее большинство шло в брак. Но тем не менее, шаг за шагом технология расслоения графита совершенствовалась. Правда, другие исследователи, и что обиднее всего, редакции научных журналов не шибко-то и верили в успех. Как-то просто все выглядело: карандаш, бумага, скотч и сотни, тысячи часов кропотливейшей работы.
Но зато они смогли начать эксперименты с этим самым графеном и обнаружить массу интереснейших свойств. Эта пленка очень прочная – примерно в 200 раз прочнее стали, – но это можно было предположить, исходя из упорядоченности структуры материала. Приятной же оказалась высокая (если не сказать высочайшая) электропроводность графена, большая, чем у соединений кремния или столь популярного сейчас в электронных приборах арсенида галлия.
В графене подвижность электронов в 10–20 раз больше, чем в кристаллах арсенида галлия, электроны перемещаются быстро и без какого-либо рассеяния. Особенно интересными могут оказаться микропроцессоры: их тактовую частоту можно будет поднять в 1000 раз, перейдя в терагерцовый диапазон. Все это позволяет надеяться на то, что на основе графена возможно создание нового поколения электронных приборов – микропроцессоров, электропроводящих экранов и многих других устройств, и много чего еще...
Так что Нобелевский комитет отметил действительно революционную разработку. Теперь и Сочи – родной город Андрея Гейма, – и Нижний Тагил, где родился Константин Новоселов, могут гордиться своими нобелевскими лауреатами. Тем более, что Новоселов, которому всего 36 лет, сохранил и российское гражданство. Он самый молодой нобелевский лауреат – физик. А его коллега, Андрей – первый, кто получил «Нобеля» после того, как в 2000 году его одарили шуточной Шнобелевской премией за исследования левитации лягушек в магнитном поле. Так что от смешного до великого – один шаг. И даже от Уральского хребта до Королевского дворца в Стокгольме.
Что можно еще сказать – только поздравить! Парадокс, но настоящий нано-прорыв в будущее не обошелся без наших... Правда, в Британии, но какое это уже имеет значение?
 Следите за обновлениями Slon.ru в вашей социальной сети:
ВКонтакте или
Facebook.
|
 |
RSS
24
экспорт в блог
