Хотя графен сам по себе весьма прочный материал, использовать эту прочность на макроуровне непросто. Хотя существуют варианты использования механических свойств графена в виде чешуек в толще материала, которые делают его прочнее, играя роль «арматуры», гораздо интереснее выглядит перспектива изготовления из графена волокон и нитей, из которых можно будет делать сверхпрочную ткань или верёвки, обладающие, к тому же, электропроводящими свойствами.
Учёным из университета штата Пенсильвания и университета Синсю в Японии удалось сделать из оксида графена нить, сравнимую по прочности с кевларом, и при этом очень гибкую и эластичную, с гладкой поверхностью и регулярной внутренней струкутрой. Такие нити можно легко скручивать и вязать на них узлы — это уникальный результат, ведь все предыдущие попытки давали хоть и прочные, но жёсткие и ломкие волокна. После отжига, в результате которого оксид графена теряет кислород и первращается в чистый графен, нити становятся более ломкими, зато приобретают высокую электропроводность.
Технология изготовления нитей довольно проста. Суспензия чешуек оксида графена выливается на пластину из тефлона и разглаживается до равномерной толщины с помощью тефлонового бруска и двух полосок скотча по краям, которые задают толщину слоя. Затем слой суспензии высыхает и на его месте образуется тонкая (2,9 мкм) плёнка из слипшихся чешуек. Длинные полосы такой плёнки затем скручиваются в нити толщиной от сотни микрометров до полутора миллиметров. Ключевой момент этой технологии — скручивается в нить полностью сухая плёнка, тогда как в предыдущих попытках скручивание происходило, когда плёнка ещё не высохла. Дело в том, что высохшая без натяжения плёнка имеет множество мелких морщинок, которые остаются в толщи нити после скручивания и играют роль «пружинок», делающих нить эластичной.
В исходную графеновую суспензию можно добавлять различные присадки, изменяющие свойства нитей, например волокна нейлона, деалющие нити более мягкими и гибкими, или серебряные нанопроволоки, которые значительно увеличивают электропроводность нитей. После отжига при высокой температуре проводимость такой легированной серебром графеновой нити сравнима с медным проводом, только нить гораздо легче и прочнее.
Статья с описанием технологии и свойств полученных нитей опубликована в майском номере журнала ACSNano.
Автор: ilya42
