Импульсное лазерное излучение позволяет получать устойчивый графен

Считается, что наиболее перспективным методом получения графена большой площади является восстановление этой аллотропной модификации углерода из оксида графена с помощью лазерного излучения. Этот метод экономичен и вариативностью качества получаемого материала.

Несколько лет назад в Сколтехе выяснили, что графен высокого качества можно получать путём импульсного лазерного нагрева оксида графена.

«Такой результат коллег был очень неожиданным: удивительно, что при таких высоких температурах у них получалось что-то хорошо структурированное, ведь углеродные материалы активно горят в присутствии атмосферного кислорода уже начиная с температур 600–800 К. А в эксперименте при существенно бо́льших температурах графен, напротив, приобретал хорошие структурные свойства. Чтобы разобраться в природе этого неожиданного эффекта, мы решили воспользоваться методами суперкомпьютерного атомистического моделирования и изучить процесс восстановления оксида графена при высоких температурах, проведя дополнительное экспериментальное исследование по схеме коллег», — рассказывает Никита Орехов, заместитель заведующего лабораторией суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ.

Исследователи обнаружили, что при температурах выше 3000 К атомы кислорода из газового окружения активно взаимодействуют с графеном — окисляют его и разрушают. При этом, однако, начинается быстрый процесс отжига кристаллической решётки, за счёт чего дефекты устраняются. Структура решётки, таким образом, упорядочивается.

«Получается, что при воздействии лазерных импульсов в масштабах одного материала сосуществуют два противоположных процесса. Но они разнесены пространственно: горение — разрушение — происходит на дефектах и границах графеновых листов — там, где атомы углерода наиболее химически активны. Отжиг же наблюдается преимущественно в центральных областях, в которых атомам выгодно вернуться в устойчивую конфигурацию», — комментирует Станислав Евлашин, ведущий научный сотрудник Центра технологии материалов Сколтеха.

Результаты работы позволят получать высококачественный графен с большой площадью монокристаллов.

Фото: МФТИ