Физики научились получать графен из бытового мусора

Наука обычно выступает как антоним колдовства и магии. Однако даже Румпельштильцкин — карлик-волшебник, умеющий превращать солому в золото — был бы впечатлен тем, до чего додумались современные ученые.

Исследователи из Университета Райса сообщают на страницах Nature, что они могут превратить любой мусор, содержащий углерод (от пищевых отходов до старых покрышек) в графен. Напомним, что графен представляет собой листы атомов чистого углерода толщиной всего в один атом. Благодаря ряду удивительных свойств его часто называют «материалом будущего» и уже сегодня изделия и композиты на основе графена широко используются во всех сферах промышленности и науки.

Почему это открытие так важно? Современные методы позволяют получить ничтожное (по сравнению с потребностями человечества) количество этого материала с подходящей структурой. Как альтернатива — увеличение общего числа графена при заметном снижении его качества. Однако, благодаря новой методике ученые уже производят до килограмма графена отменного качества в день буквально из мусора, и это весьма внушительная цифра.

Благодаря тому, что тонкие листы атомов углерода расположены как проволочная сетка, графен прочнее стали, проводит электричество и тепло лучше, чем медь, а также может служить непроницаемым барьером, предотвращающим ржавление металлов. Но с момента его открытия в 2004 году высококачественный графен — либо отдельные листы, либо несколько сложенных вместе слоев — остается дорогим в производстве и очистке в промышленных масштабах. Это не так критично для создания миниатюрных устройств, таких как высокоскоростные транзисторы и эффективные светодиоды. Однако современные методы, которые получают графен путем осаждения из пара, слишком дороги для производственных программ с большим объемом. А подходы с более высокой пропускной способностью, такие как отслаивание одноатомных листов от кусков минерального графита, дают «пятна», состоящие из множества слоев графена, которые делают материал малопригодным для большинства операций.

Кстати, в 2018 году Моника Крачун, физик из Университета Эксетера, сообщила, что добавление графена в бетон более чем удвоило его прочность на сжатие. Эксперименты с турбостатической формой вещества лишь закрепила результат. Стоило добавить в бетон всего 0,05% по объему графена, полученного методом мгновенного испарения, как прочность на сжатие выросла на 25%. А графен, добавленный к полидиметилсилоксану (обычному пластику) увеличил его прочность на 250%! Так что не исключено, что супер-прочные здания будущего тоже будут изготовлены из материалов на основе графеновых включений.