Весь графен промышленного производства оказался не очень чистым.

Выйдя из лабораторий в массовое производство, графен должен был произвести революцию. Однако и графен, и оксид графена уже несколько лет производят в промышленных масштабах, а ожидаемого прорыва так и не произошло. Устройства, в которых используется графен, до сих пор показывали совсем не такие превосходные результаты, как ожидалось.

Кристаллическая структура графена представляет собой двумерную гексагональную кристаллическую решётку (Иллюстрация: Wikipedia) 

Сырьем для промышленного производства графена служит очищенная от примесей разновидность графита. Рухолла Джалили (Rouhollah Jalili), Дорна Исрафилзаде (Dorna Esrafilzadeh) и их коллеги из Мельбурнского королевского технологического университета и иранского НИИ фундаментальных наук сравнили два графена: промышленный и тот, который создали в лаборатории из чистейшего графита. Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия показала, что во всех коммерческих образцах есть примеси кремния. Частицы кремния попадают в графен из исходного сырья, поясняют авторы в недавней публикации в Nature. Ситуацию усугубляет то, что коммерческие производители графена перешли на относительно дешевое сырье, которое как раз и содержит примеси.

А чем же вредит кремний графену? Специалисты считают, что кремний, в частности, препятствует взаимодействию молекул жидкостей с поверхностью двумерного материала. В итоге сенсоры влажности на основе графена оказываются не такими чувствительными, как в теории, а конденсаторы из графена с примесями имеют меньшую емкость. Исследователи попытались очистить коммерческий графен от кремния в растворе щелочи, однако слой загрязнителя оказался прочным, а едкий раствор нарушал структуру двумерного материала.

Так что единственный способ избежать загрязнения – это использовать сверхчистое сырьё. Авторы работы создали и протестировали датчик влажности и конденсатор из почти идеального по чистоте графена. Характеристики датчика оказались лучше, чем у каких-либо других известных сенсоров из двумерного материала, а конденсатор и вовсе оказался с рекордной емкостью, почти совпадающей с той, что предсказана теоретически.