Графен — это одна из форм углерода, который может существовать во множестве кристаллических модификаций: например, как графит, алмаз, фуллерены или углеродные нанотрубки. Графен можно представить в виде одной плоскости объемного кристалла графита — это кристалл толщиной всего лишь в один атом, полученный экспериментальным путем в лабораторных условиях.
С тех пор как в 2010 г. выпускникам МФТИ Андрею Гейму и Константину Новоселову присудили Нобелевскую премию за передовые опыты с этим новым материалом, в мире начался настоящий графеновый бум.
C одной стороны, это очень простой материал, с другой — очень сложно совместить двумерный кристалл толщиной в один атом с трехмерным миром приборов. Внешний мир — электроды, подложки и т. п. — оказывает заметное влияние на графен и его свойства.
Интерес к графену по сей день остается беспрецедентным. В мире началась новая гонка за лидерство на зарождающемся рынке двумерных материалов. Государства в разных частях света тратят миллиарды долларов на исследования графена.
Казалось бы, на данный момент графен достаточно хорошо изучен, но тем не менее он еще таит в себе сюрпризы. Например, из графена можно удалить атомы углерода (с какой-то периодичностью или в виде какого-то узора) — и получится материал с совершенно другими свойствами. В графен можно добавить атомы других материалов — и вот еще один материал с новыми свойствами. Свойства графена во многом определяются подложкой. Химические и физические свойства графена в зависимости от материала подложки еще не изучены.
Техника постоянно совершенствуется, ученые учатся работать со все меньшими и меньшими объектами и получают все больше интересной информации. Одна из ключевых задач — встроить графен (двумерные материалы) в существующий цикл микроэлектронного производства. Пока все такие устройства делаются вручную.
Графен может стать основой для нового поколения гиперспектральных камер, элементной базой для космической техники и беспилотных летательных аппаратов, материалом для сверхпрочных бронежилетов и многого другого.
Разнообразие применений графена возможно из-за его уникальных физико-химических свойств, которые моментально сделали этот двумерный материал объектом для фундаментальных исследований. Так, двумерность графена, а также характерное для него особое поведение электронов открыли возможность для экспериментальной демонстрации различных явлений квантовой физики, среди которых квантовый эффект Холла, парадокс Клейна, сверхпроводимость и многие другие.
Графен обладает высокой электропроводностью и рекордной среди всех известных материалов теплопроводностью. Для него характерна высокая прочность (в 200 раз прочнее стали) и одновременно гибкость, химическая и термическая стабильность, а также самая большая площадь поверхности на единицу массы.
У рассматриваемого кристалла интересные оптические свойства, поэтому графен является перспективным материалом для создания оптических инструментов, работающих одновременно в широком диапазоне частот — от видимого света до терагерцового или даже микроволнового излучения.
Это лишь небольшая часть из интересных особенностей графена, но главное — его свойства сильно зависят от материала подложки, наличия дефектов и примесей, внешних воздействий и многого другого. Так что поле для научных изысканий здесь очень велико, и вложения в эту сферу будут только расти.
Попытки получения графена, прикрепленного к другому материалу, начались с экспериментов по использованию простого карандаша и продолжились с использованием атомно-силового микроскопа для механического удаления слоев графита, но не достигли успеха. Также попытки использования графита с внедренными (интеркалированный графит) в межплоскостное пространство чужеродными атомами (используются для расщепления слоев) не привели к результату.
В 2004 г. была опубликована научная работа в журнале «Science», в которой сообщалось о получении графена на подложке окисленного кремния. Таким образом, стабилизация двумерной пленки достигалась благодаря наличию связи с тонким слоем диэлектрика SiO2.
Главная 
