Графен — лист атомов чистого углерода — в настоящее время считается самым прочным материалом в мире. Он удивительно тонок — в миллион раз тоньше бумаги. Его толщина настолько мала, что он рассматривается в качестве двухмерного материала. Несмотря на свою высокую цену, графен, благодаря своим уникальным свойствам и разнообразию возможных сфер его применения, очень быстро стал самым перспективным из современных наноматериалов.

В опубликованной научным изданием Open Physics статье индийскими учеными из Хайдарабада рассматриваются экстраординарные свойства самовосстановления графена, которые могут помочь в создании гибких сенсоров, имитирующих способность к самозаживлению человеческой кожи. Ранее уже рассматривались перспективы использования графена в изготовлении искусственной кожи для медицинского применения.

Кожа известна своей невероятной способностью к самовосстановлению, но до сих пор воспроизведение этого феномена с использованием искусственных материалов представлялось практически недостижимым. Искусственная кожа современных роботов крайне подвержена разрывам и трещинам. Рассматриваемое исследование предлагает новое решение, при котором субнаносенсор на основе графена используется для того, чтобы «заживить» трещину в искусственной коже не только в самом начале ее образования, но и тогда, когда уже появился разрыв. Данная технология может найти себе применение в электронике следующего поколения.

Ведущий автор статьи доктор Свати Гхош Ачария (Swati Ghosh Acharyya) отмечает:

«Мы хотели изучить способности к самовосстановлению как неповрежденного, так и поврежденного одинарного слоя графена и их применение в субнаносенсорах, [предназначенных] для затягивания трещин с использованием симуляции молекулярной динамики.

Мы оказались в состоянии задокументировать самовосстановление трещин в графене при комнатной температуре без воздействия каких-либо внешних стимулов».

Оказалось, что самовосстановление происходит по причине спонтанной рекомбинации связей. Эта способность ограничена шириной разрыва.

Ученые исследовали одинарный слой графена с изначально присутствовавшими многочисленными дефектами — пустотами и трещинами в различных местах листа. Что интересно — как только прекращается воздействие нагрузки, графен начинал «залечиваться», и процесс самовосстановления продолжался вне зависимости от природы дефектов графенового листа.

Не имела значения также и длина трещин. Все они «залечились», показав, что критическая ширина разрыва — 0,3–0,5 нанометра. Этот показатель оказался одинаковым и для изначального целого листа графена, и для того, который содержал повреждения.

Симуляция самовосстановления в искусственной коже может быть использована во множестве сфер — в том числе в сенсорах, мобильных девайсах и ультраконденсаторах.