Interfax-Russia.ru – Уникальная лаборатория по изучению графеновых технологий открылась в Якутии.
Учебная научно-техническая лаборатория "Графеновые нанотехнологии", где будут изучать сверхпрочный кристаллический материал, открылась на базе якутского Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова (СВФУ).
Единственная российская лаборатория подобного типа, площадью около 200 кв. метров, расположилась в здании Арктического инновационного центра вуза.
"Основные цели, которые стоят перед сотрудниками лаборатории, - подготовка высококвалифицированных кадров в области наноэлектроники, ведение фундаментальных исследований в области графена, разработка технологий получения графена и других перспективных наноматериалов, модифицированных графеном, а также создание на основе этого материала перспективных электронных приборов", - рассказала Interfax-Russia.ru заведующая лабораторией Светлана Смагулова.
В лаборатории три отдела: научный, технологический и отдел роста графена.
"Сотрудники научного отдела исследуют структурные и электрофизические характеристики графена. Отдел роста графена занимается получением графена и графеновых пленок химическим способом. Технологический отдел предназначен для изготовления электронных приборов нового поколения", - пояснила Смагулова.
В настоящее время в лаборатории трудятся 14 человек, 9 из которых являются научными сотрудниками университета.
Как рассказала заведующая лабораторией, графен был выбран для исследований неслучайно. В настоящее время это самый тонкий кристаллический материал, известный человечеству. Выглядит он как двумерная кристаллическая решетка из правильных шестиугольников, нанесенных на специальную подложку из кремния. В основе этой решетки - слой атомов углерода.
Ранее науке был известен единственный способ производства графена – нанесение тончайшего слоя графита на клейкую ленту с последующим удалением основы. Оборудование якутской лаборатории позволяет ученым использовать более эффективные способы. Например, в качестве основы берется слой меди или кремния, который затем удаляют вытравливанием.
На сегодняшний день главной сложностью в производстве графена остается получение пленок желаемой толщины с заранее заданными характеристиками. Трудности решения этой задачи связаны как с миниатюрными размерами графеновых листов, так и с необходимостью поддержания однородных условий по всей поверхности синтезируемого образца.
Графеновые пленки могут иметь от одного до двадцати слоев графена. В зависимости от количества слоев они имеют разные цвета. В среднем размеры пленок варьируются от 10 до 70 мк (микрометров).
Несмотря на химическую простоту и минимальную толщину в один атом, графен обладает уникальными свойствами. Этот материал исключительно прочен - в 200 раз прочнее стали. У него высокая теплопроводность и электропроводность, которая в четыре раза превышает аналогичные свойства меди. Кроме того, графен имеет огромную подвижность носителей заряда при комнатной температуре (более чем на два порядка выше подвижности носителей в кремнии и в 20 раз больше, чем в арсениде галлия). Очень высока и оптическая прозрачность графена. На сегодняшний день это самый прозрачный материал в мире. Еще одной отличительной особенностью графена является его потрясающая гибкость – его можно сгибать, складывать и сворачивать в рулон.
Все эти качества делают его основным кандидатом для изготовления электроники следующего поколения - более мощной, быстрой и потребляющей меньшее количество энергии.
"Ожидается, что графен заменит кремний в микросхемах, будет использован при создании транзисторов, солнечных батарей, придет на смену тяжелым медным проводам, в авиации, космонавтике и машиностроении, будет применяться в качестве сенсора для обнаружения отдельных молекул химических веществ. Графен – это перспективный материал, прежде всего, для наноэлектроники", – сообщила заведующая лабораторией Светлана Смагулова.
Кроме того, она добавила, что графеновая поверхность является хорошим антисептиком и уже сегодня широко применяется в медицине.
Что касается перспективных разработок с применением графена, то уже в декабре этого года ученые планируют изготовить первую партию графеновой бумаги.
"Графеновая бумага представляет собой нанолисты, состоящие из монослоя гексагональной решетки углерода и помещенные в ламинарные структуры, которые дают им исключительные теплые, электрические и механические свойства", - пояснила Смагулова.
Такая бумага будет в шесть раз легче и в десять раз прочнее стали. Благодаря своей экологичности и низкой стоимости производства она может потеснить как металлы, так и эффективные, но дорогостоящие углепластики.
Следующая технология, которую будут разрабатывать в якутской лаборатории – это графеновые чернила, которые могут быть использованы для печати электронных устройств, таких как тонкопленочные транзисторы на различных подложках, в том числе диоксида кремния и кварца.
Безусловно, создание подобных нанотехнологий невозможно без соответствующего оборудования. Так, для лаборатории в рамках федеральной целевой программы "Развитие наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы" было закуплено уникальное оборудование общей стоимостью 59 млн рублей.
Кроме того, дополнительно к государственным дотациям университет выделил 9 млн рублей на развитие сопутствующей инфраструктуры, поскольку часть установок требует особых условий хранения и использования. Так, например, основное оборудование технологического отдела расположено в специальной "чистой зоне".
"Дело в том, что для изготовления приборных структур требуется особая чистота, так как каждая пылинка, попадающая на прибор, может нарушить его работу", - сообщила собеседница Interfax-Russia.ru.
Остальное оборудование не требует столь жестких условий размещения, однако оно не менее высокотехнологично. Поэтому перед тем, как ввести в эксплуатацию аппаратуру, представители фирм-изготовителей проводили для сотрудников лаборатории обучающие мастер-классы по использованию своей продукции.
Графен был открыт исследователями Манчестерского университета Андре Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году. Ученые извлекли графен из куска графита, который можно увидеть в обычных карандашах. При помощи стандартной клейкой ленты они сумели получить пленку графена толщиной всего в один атом.
Сначала научное сообщество отнеслось к открытию скептически. Многие считали, что такие тонкие кристаллические материалы не могут быть устойчивыми. Однако ученые доказали обратное. В 2010 году первооткрыватели графена получили Нобелевскую премию в области физики за новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена.
Сегодня на примере графена физики изучают класс двумерных материалов с уникальными свойствами. Графен делает возможными эксперименты, открывающие новые горизонты в исследовании явлений квантовой физики. Кроме того, он облегчает путь к созданию новых материалов и производству инновационной электроники.
Обозреватель Наталья Пономарева
