Ученые из университета Бирмингтона в США научились «рисовать» проводящие области на диэлектрических монослоях оксида графена. Метод, предложенный авторами, экологичен, прост и относительно дешев, что открывает новые возможности применения оксида графена в гибкой электронике, сенсорах, солнечных батареях и даже в биомедицине. Статья опубликована в онлайн-версии журнала Carbon, пресс-релиз доступен на сайте EurekAlert.org.

Оксид графена является диэлектриком, в то время как его восстановленная форма – проводником. Под восстановлением понимается удаление кислород-содержащих групп, поэтому полностью восстановленный оксид графена представляет собой просто графен – моноатомный слой графита. Существует множество способов восстановления оксида графена, однако большинство из них требуют высоких температур или ядовитых химикатов, другие же не предназначены для точечного изменения химического состава и используются в основном для получения чистого графена.

Изображение: Austin C. Faucett, Jeffrey M. Mativetsky / Carbon, 2015

В основе одного из методов лежит электрохимическая реакция разложения воды. Во время обычного электролиза на аноде происходит реакция окисления воды с образованием кислорода и ионов H+, на катоде – реакция восстановления с образованием водорода и ионов OH-. Авторы данной работы предложили в качестве анода использовать зонд атомно-силового микроскопа (АСМ) – тончайшую «иглу» с толщиной острия в несколько атомов, а катод располагать под слоем оксида графена. Зонд с помощью очень точной системы позиционирования подводят к образцу на расстояние контакта и подают напряжение между электродами. Ученые специально не используют инертную атмосферу и в этих условиях между зондом и образцом конденсируется тончайший слой воды. Вода окисляется на аноде с образованием ионов H+, которые затем участвуют в реакциях восстановления оксида графена.

Схема процесса точечного восстановления оксида графена. Изображение: Austin C. Faucett, Jeffrey M. Mativetsky / Carbon, 2015

Ученые смогли получить этим методом точечные проводящие области минимального достигнутого на данный момент размера – до 4нм. Поскольку в вышеописанных процессах участвует вода, диаметр таких «точек» сильно зависит от влажности воздуха, контролируя которую, можно получать проводящие области заданного диаметра. А сверхточная система позиционирования зонда АСМ позволяет легко «печатать» электронные схемы на поверхности диэлектрического слоя оксида графена, открывая возможности его промышленного применения.

Оксид графена – представляет собой графеновый монослой с присоединенными к нему различными кислород-содержащими группами. Благодаря простоте методов его получения и уникальным электрическим, сорбционным и механическим свойствам, этот материал представляет огромный интерес в разнообразных областях науки и техники – от создания гибких электронных устройств до очистки воды от ядерных отходов.

Автор: Екатерина Митрофанова