Китайские исследователи продемонстрировали метод, позволяющий получить графеновые волокна длиной в несколько метров.

Когда речь идет о впечатляющих физических свойствах графена (высочайшая механическая прочность, тепло- и электропроводность), обычно приходится делать досадную оговорку:

«но прежде, чем использовать эти свойства на практике, надо еще найти способ превратить наноразмерные графеновые хлопья во что-нибудь покрупнее».

Рис. 1. Четырехметровая нить из оксида графена, намотанная на тефлоновую бобину.

Исследователи Сюй Чжэнь и Чжао Гао из Ханчжоу (Китай) решили эту задачу. Они применили технологический процесс мокрого прядения, чтобы превратить водный раствор оксида графена в волокна длиной несколько десятков метров. Последующая химическая обработка позволяет восстановить оксид графена, превращая его в графен.

До сих пор усилия ученых были сосредоточены на производстве «графеновой бумаги», но получившиеся листы были ограничены размерами в несколько миллиметров.

«Это не тот материал, который можно сделать настолько протяженным, насколько вы пожелаете», – говорит Гао.

Рис. 2. Поверхность оксида графена под сканирующим крио-электронным микроскопом (масштабный отрезок – 25 нм).

Ключевой момент новой технологии – исходный раствор оксида графена. Он настолько химически чист и концентрирован, что молекулы оксида графена в нем выстраиваются в стройные ряды, образуя жидкие кристаллы. Гао отмечает, что кевлар также изготавливается из подобных жидких кристаллов.

Технологии получения длинных нитей из обычного углерода и из углеродных нанотрубок уже известны, однако графеновые волокна обладают рядом преимуществ. Углеродные нанотрубки чрезвычайно сложны в изготовлении, а сам процесс получения углеродного волокна требует высоких затрат энергии.

«Для изготовления наших волокон достаточно «скрутить» водный раствор – это несложно и экологично», – говорит Гао.

Рис. 3. Жидкие кристаллы оксида графена: красочные узоры под поляризационным оптическим микроскопом (масштабный отрезок – 100 нм).

Несмотря на то, что полученные образцы имеют некоторые дефекты структуры, что отрицательным образом сказывается на их механических характеристиках, Гао считает, что эти недостатки можно устранить и планирует изготовить более прочные волокна. А в некоторых областях, где основную роль играют не механические, а электрические свойства материала, графеновые нити могут быть использованы уже сейчас.

Рис. 4. «Узелок на память», завязанный на графеновом волокне (масштабный отрезок – 50 нм).

Ранее мы уже писали о новом способе выращивания прямолинейных прозрачных углеродных нановолокон, предложенном американскими учеными.