Pasak Nacionalinio standartų ir technologijos bei Džordžijos technologijos institutų (JAV) tyrėjų, nuolat mokslininkų linksniuojamas grafenas pasižymi dekoratyviniais, labai gėles primenančiais defektais, kurie gali paveikti ir taip unikalias šios nanomedžiagos elektrines ir mechanines savybes. Naujajame darbe mokslininkų komanda pirmąkart aprašo septynių defektų šeimą, kuri grafene gali susidaryti ir natūraliai. Beje, vienas iš defektų jau buvo stebėtas.
Grafenas yra garbinamas dėl savo tvirtumo ir laidumo – abi šias savybes lemia jo vidinė sandara. Iš esmės grafenas yra neišraiškinga vieno anglies atomo storio plokštuma, sudaranti korinę gardelę.
Pasak Nacionalinio standartų ir technologijos instituto atstovo Džozefo Strosio (Joseph Stroscio), defektai gali susidaryti dėl anglies atomų judėjimo aukštoje temperatūroje, kuomet grafenas gaminamas kaitinant silicio karbidą ultraaukštame vakuume. Patys paprasčiausi, t. y., reikalaujantys mažiausio energijos kiekio, pertvarkymai, leidžiantys sukurti grafeną, atitinka šeštojo anglies atomo išmetimą iš žiedo, taip suformuojant penkių ir septynių anglies atomų žiedus, kurie užtikrina, jog visi anglies atomai dalyvauja formuojant ryšius. Mokslininkai išsiaiškino, jog dėliojant penkių ir septynių anglies atomų žiedus į uždarą grandinę korinėje gardelėje susidaro naujos rūšies defektas.
Pasak Nacionalinio standartų ir technologijos instituto tyrėjo Eriko Kokeino (Eric Cockayne), gamybos procesas vaidina labai svarbų vaidmenį susidarant šiems defektams.
Gėlės formos defektai grafene gali susidaryti gamybos proceso metu. Nacionalinio standartų ir technologijos instituto tyrėjai, naudodami skenuojantį tunelinį mikroskopą, įamžino vieną iš defektų (dalys a ir c). Vaizdas, gautas atliekant kompiuterinį modeliavimą (dalis b), puikiai sutampa su tikraisiais vaizdais.
„Kadangi grafenas susiformuoja esant dideliam karščiui, gardelės sritys gali tapti laisvos ir imti suktis, – pasakoja E. Kokeinas. – Grafenui vėstant, pasisukusios sritys susijungia su gardele, tačiau, deja, netaisyklingai. Tai tarsi grafeno lopinėlio iškirpimas iš visos struktūros ir bandydamas tą patį lopinėlį įstatyti į tą pačią vietą tik jau kitu kampu – jis nebetelpa, todėl susidaro įdomios formos gėlės“.
Nepaprastai tvirta grafeno gardelė šia savybe pralenkia plieną, tačiau defektai suteikia šiek tiek lankstumo, o tai leidžia geriau atlaikyti plėšymą ir laužymą.
Pasak E. Kokeino, toliau atlikdami eksperimentus, tyrėjai turėtų susieti defektų susidarymą su auginimo sąlygų pokyčiais, o tai leistų arba visiškai pašalinti defektus, arba sukurti juos pagal poreikį.
Įdomu tai, kad nors gėlės defektas yra sudarytas iš šešių penkių ir septynių anglies atomų žiedų porų, tyrėjai, modeliuodami grafeno atominę sandarą, apskaičiavo, jog turėtų egzistuoti visa puokštė tokių gėlių. Šios konfigūracijos, kurių iš viso išskiriama septynios, pasižymėtų unikaliomis skirtingomis mechaninėmis ir elektrinėmis savybėmis.
