Облучая технический углерод электронным пучком, российские исследователи получили наночастицы оригинальной морфологии. Относительная простота синтеза и доступность исходных материалов делают этот метод привлекательным для промышленного использования.

В настоящее время физики и химики активно публикуют работы в области углеродных наноструктурных материалов, в частности углеродных нанотрубок, фуллеренов и графена. Они в некотором смысле схожи. Если мы свернём в трубочку графен – монослой атомов углерода – то получим углеродную нанотрубку, а если сложим монослой в сферу – то фуллерен.

Этим трём материалам пророчат блестящее будущее в науке и промышленности, не зря же в 1996 и 2010 годах пионерам в области исследования фуллерена и графена были вручены Нобелевские премии.

Однако помимо вышеназванных, широко разрекламированных углеродных структур существуют и другие, такие как наноглобулы, нановолокна, наноалмазы, нанолуковицы. Все они уже находят применение в разных сферах промышленности. К примеру, нанолуковицы, которые представляют собой вложенные друг в друга углеродные сферы, служат хорошим смазочным материалом, а наноалмазы активно используются в полировальных составах и износостойких покрытиях. Сложно сказать, сколько ещё можно создать разновидностей углеродных наноструктурных материалов и какие они перед нами откроют перспективы, но поиски в этом направлении очень актуальны.

Новую интересную углеродную структуру синтезировали исследователи Омского научного центра СО РАН, Института сильноточной электроники СО РАН и Института проблем переработки углеводородов СО РАН.

Для этого учёные помещали технический углерод (сажу) в графитовый тигель и покрывали его медной диафрагмой с небольшим отверстием. Затем тигель помещали в вакуумную камеру, в которой происходила бомбардировка сажи электронным пучком через отверстие в диафрагме. В результате этого наблюдалось уменьшение массы исходного порошка в тигле и осаждение углерода на медной диафрагме. С помощью электронной микроскопии исследователи изучили остаточную и осаждённую фракции углерода и обнаружили, что при облучении происходила структурная перестройка углеродной сажи, в результате которой образовывались наночастицы интересной морфологии, чем-то напоминающей срез бутона розы.

Можно предположить, что представленные «розоподобные» частицы не отличаются от углеродных луковиц. Однако это не так: у последних углеродные сферы замкнутые и вставлены друг в друга подобно тому, как устроена матрёшка. В случае же синтезированной частицы мы видим, что у неё нет чётких концентрических сфер, а есть только изломанные графеновые слои, расположенные по окружности.

Учёные пока находятся в поиске возможного применения синтезированного материала. По их предположению,

полученные структуры могут представлять интерес для их дальнейшей перестройки и, в частности, для производства наноалмазов. Широко используемый детонационный метод создания алмазных структур опасен в некотором роде, именно поэтому идёт поиск более щадящих способов синтеза.

Работа поддержана грантом РФФИ, проектом программы президиума РАН № 27 и интеграционным проектом СО РАН № 43.

Источник информации:

Ю. Г. Кряжев, Н. Н. Коваль, В. А. Лихолобов, А. Д. Тересов, В. А. Дроздов, М. В. Тренихин Структурные превращения наноглобулярного углерода под воздействием импульсного электронного пучка с высокой плотностью энергии. –Письма в Журнал технической физики. – 2012. – том 38. – вып. 7.