Неизвестную ранее объёмную наноструктуру на поверхности графита исследовал Ростислав Лапшин, научный сотрудник зеленоградского НИИ Физических проблем. Её применение перспективно для конструирования микро- и наноприборов, от сверчувствительных датчиков до устройств секвенирования и манипулирования ДНК, а также для безопасного хранения водорода.

Учёный обнаружил новую наноструктуру, изучая поверхность графита с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Кристаллы графита представляют собой, фактически, стопку листов графена — монослоёв атомов углерода с гексагональной двумерной кристаллической решёткой. В микроскоп обычно наблюдают однообразные плоские области, лишь иногда содержащие углеродное волокно, сверхрешётку или сеть дислокаций.

«Вид обнаруженной наноструктуры был настолько непривычен, что не сразу удалось понять, а что это, собственно, такое, — рассказал Ростислав Лапшин. — Структура разительно отличалась от того, что приходилось наблюдать на графите ранее. Только спустя некоторое время, после дополнительных измерений и анализа полученных изображений, стало понятно, что перед нами система идущих вдоль поверхности полых наноразмерных каналов со стенками толщиной не более 1 нм».

Новую графеновую наноструктуру назвали коробчатой (КГНС). Это многослойная (в несколько «этажей») система тянущихся вдоль поверхности параллельных полых каналов с четырёхугольным поперечным сечением и толщиной стенок/граней около 1 нм — а значит, стенками/гранями каналов являются плоскости графена. Ширина каналов около 25 нм, а длина их достигает, по меньшей мере, нескольких сотен нанометров.

Механизм формирования наноструктуры учёный объясняет механической деформацией слоистого по своей природе графита с одновременным расщеплением поверхностного слоя на графеновые подслои, которые скользят в наноскладках относительно друг друга — получаются «этажи» каналов.

Коробочная наноструктура графена насыщена интересными особенностями. Предварительный анализ говорит о перспективе использования её в различных приборах: сверхчувствительных датчиках, высокоэффективных каталитических ячейках, наноканалах микроканальных жидкостных устройств (для молекулярной фильтрации, секвенирования и манипулирования ДНК), высокоэффективных теплопроводящих поверхностях, аккумуляторах с улучшенными характеристиками, наномеханических резонаторах, приборах эмиссионной наноэлектроники, сорбентах большой ёмкости для безопасного хранение водорода и т. д.

Результаты исследования опубликованы в январском номере авторитетного европейского журнала «Прикладная наука о поверхности» (Applied Surface Science). Исследование было проведено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Минобрнауки РФ.

Справка.

Ростислав Владимирович Лапшин - научный сотрудник Лаборатории твердотельной нанотехнологии НИИ ФП и отдела Фоточувствительных нано- и микросистем МИЭТ, кандидат технических наук, выпускник МГТУ им. Баумана. Активно публикующийся автор более 30 научных статей, в том числе в соавторстве с учёными МИЭТа, автор семи патентов в области нанотехнологий и сканирующей зондовой микроскопии. Член Российского общества сканирующей зондовой микроскопии и нанотехнологии, рецензент журналов Review of Scientific Instruments, Measurement Science and Technology, Nanotechnology, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, эксперт Российской корпорации нанотехнологий. Изучением свойств графена в настоящее время активно занимаются группы учёных в разных странах мира — это направление получило развитие после открытия графена экс-россиянами Новосёловым и Геймом, за которое они получили Нобелевскую премию в 2010 году. В Зеленограде исследования наноструктур ведутся также в МИЭТе и на других профильных предприятиях.

Зеленоград.ру