Фуллериты и углеродные нанотрубки

Фуллерены как коллоидные кластеры, проявляют ярко выраженные свойства организации и самоорганизации, которая возможна в жидкой и твердой фазах. При этом возникают структуры с трехмерной организацией. двумерные структуры менее подвержены организации. Одномерные организованные структуры на основе углерода –углеродные нано трубки хорошо известны и активно исследуются.

Фуллериты

Фуллериты –полимерные твердотельные структуры образованные на основе фуллеренов. В водном растворе образуются фуллереноподобные мицеллы, сферические агрегаты из звездоподобных иономеров.

При формировании твердотельных кристаллических структур фуллеритов из фуллеренов, определяющими параметрами выступают давление и температура. При давлении1,5 Гпа при комнатной температуре образуются димеры .Затем при возрастании температуры формируется кристаллическая решетка из димеров. Дальнейший рост температуры приводит к распаду димеров и формированию орторомбическойполимерной структуры , которая при температуре723 К превращается в полимерную тетрагональную структуру (Т). С увеличением давления при синтезе фуллеритов до 13 ГПа плотность растет до 3.5 г/см³ ,что сопровождается ростом твердости до300 ГПА =30 * 10³ кг/мм³ ,что в два раз превосходит твердость алмаза.

 

 

 

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки (УНТ) обнаружены в 1991 г. Иджимой и представляют собой цилиндрические организованные структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон. Они состоят из одного или нескольких свернутых в трубку графитовых слоев с гексагональной организацией углеродных атомов. Трубки заканчиваются полусферической головкой. образованной из половинки фуллерена. УНТ сочетают в себе свойства нанокластеров и массивного твердого тела и позволяют изменить свойства фуллеренов. Нанотрубки встречаются в шунгите - природном минерале.

Свойства УНТ: возможность регулирования электропроводимости путем изменения её структуры; высокая напряженность электронного поля, порождаемая малым нанометровым диаметром нанотрубки по отношению к среднему приложенному напряжению. Полостность нанотрубки может использоваться для адсорбции и как хранилище газообразных или жидких веществ.

Существует три основных способа получения УНТ: Электродуговое распыление графита, абляция графита с помощью лазерного или солнечного облучения и каталитическое разложение углерода.

1.Получение нанотрубок методом синтеза, основанный на использовании дугового разряда с графитовыми электродами, разработанный Кретчмером для получения фуллеренов из сажи.

Дуговой разряд между графитовыми электродами горит в камере с охлаждаемыми стенками при давлении буферного газа(He или Ar) около500 Topp. Межэлектродное пространство поддерживается на постоянном уровне(около1мм) за счет подвижного расходуемого анода. При токе100 А и напряжении на электродах 25-35 В.температура плазмы в межэлектродном пространстве достигает значений 4000 К.За счет конвекции атомы углерода уносятся в более холодную область плазмы, где часть из них образует нанотрубки. Отсутствие катализатора приводит к получению многослойных трубок с внутренним диаметром от 1нмдо3 нм и внешним диаметром от2 до 25 нм. Применение катализатора, например приводит к образованию однослойных УНТ с диаметром от 0,79 нм.

2. Абляция графита лазерным облучением в атмосфере буферных газа.

Применяется неодимовый лазер с длительностью импульса 8 нс и активным пятном на графитовом стержне -1,6 мм. Продукты термического распыления графита уносятся из горячей области вместе с буферным газом и осаждаются на водоохлаждаемой поверхности медного коллектора. Эти продукты включают фуллерены, наночастицы графита и углеродные нанотрубки однослойные и многослойные. Характеристики УНТ чувствительны к параметрам лазерного облучения, что позволяет синтезировать нанотрубки с заданными структурными свойствами. Лазер может быть заменен сфокусированным солнечным светом на нагретую до 1200 ^оС графитовую мишень.

3. Каталитическое разложение углеводородов

Каталитическое разложение углеводородов на поверхности металлического катализатора приводит к эффективному выходу УНТ. Схема синтеза приведена на рис. Катализатор состоящий из высокодисперсного металла, заполняет керамический тигель, заключены в трубчатую печь при температуре 700-1000 ^оС и продувается смесью-газообразного углерода и буферного газа, например смесью в соотношении1:10. Если поры подложки заполнены кластерами металла, совпадающими с размерами пор, тогда диаметр УНТ образующихся на поверхности катализатора становится близким к размеру кластера и соответственно диаметру пор. Таким образом, например, получают ориентированные УНТ относительно поверхности пористого кремния как наиболее употребляемого материала в микроэлектронике.

Структура нанотрубок

Нанотрубки могут быть однослойными или многослойными. Идеальная однослойная трубка образуется путем сворачивания плоскости графита (графена)состоящую из правильных шестиугольников, в цилиндрическую поверхность без шва, и заканчивается, с двух сторон, полусферами фуллерена, которые кроме шестиугольников +включают 5 пятиугольников. Имеются трубки кресельной, зигзаговой и +киральной структуры

Нанотрубку можно сворачивать вокруг вектора Т перпендикулярно связям С-С в углеродных шестиугольниках по направлению C_h тогда образуется кресельная структура, показанная на рис. Сворачивание вокруг других ориентаций вектора Т относительно графитового листа дает, например, киральную структуру УНТ, тогда возникает спиральный ряд атомов углерода.

Наиболее распространена стабильная нанотрубка с диаметром 1.36 нм заканчивающаяся полусферой С₂₄₀ также обладающая стабильностью.

Многослойные нанотрубки имеют структуру типа русской матрешки, которая представляет собой совокупность коаксиально вложенных друг в друга однослойных цилиндрических нанотрубок, которые можно вытянуть как телескопическую антенну специальным манипулятором, или совокупность вложенных цилиндрических шестигранных призм в сечении, или свиток.

Электронные свойства нанотрубок

Для УНТ установлена однозначная связь между структурой и проводящими свойствами. Они могут быть металлическими или полупроводниковыми в зависимости от диаметра и киральности. Изменение киральности и радиуса УНТ приводит к изменению ширины запрещенной зоны, которая представляет собой монотонно спадающую функцию радиуса. Зависимость ширины запрещенной зоны однослойной нанотрубки радиуса выражена в единицах энергии взаимодействия двух –электронов принадлежащих соседним атомам углерода в графитовой решетке. Сплошной линией показана зависимость .

Сопротивление прямолинейного участка однослойной нанотрубки без нагрузки составляет 10 Ком. Изгиб нанотрубки на угол 105^о приводит к увеличению её сопротивлении в 100 раз. В металлическом состоянии проводимость нанотрубок оценочно составляет 10⁹ А/см ² , что превышает плотность тока через медный провод в тысячу раз.

Температурная зависимость изогнутого участка нанотрубки проявляет полупроводниковые свойства. Электронная проводимость где . Значения свидетельствуют о туннельном механизме переноса электронов через изогнутый участок нанотрубки.

Сопротивление однослойных нанотрубок с металлической проводимостью составляет 3 кОм и значительно меньше сопротивления контактов. Это означает, что электроны, даже при комнатной температуре, проходят без рассеяния всю длину нанотрубки 1мкм, баллистически, без рассеяния. В металлическом состоянии проводимость нанотрубок оценочно составляет 10⁹ А/см ² , что превышает предельную плотность тока через медный провод, при которой он плавится, в тысячу раз. Сопротивление однослойной нанотрубки с полупроводниковой проводимостью составляет около 60 Мом.

Проводимость многослойных нанотрубок носит сложный характер. Проводимость внешней оболочки можно описать за счет квантового баллистического механизма. Проводимость внутренних слоев нанотрубки носит диффузионный характер. Согласно измерениям для многослойных нанотрубок с диаметром D от 3 до 40 нм сопротивление где удельное сопротивление, -расстояние между электродами. Многослойная нанотрубка представляет собой классический двумерный проводник.

Теплопроводность нанотрубок вдвое превышает теплопроводность алмаза, что означает,что нанотрубки являются очень хорошими проводниками тепла.

Колебательные свойства нанотрубок

Углеродные нанотрубки имеют свои нормальные моды колебаний. Одна мода состоит в осцилляции диаметра трубки. Другая мода состоит в сплющивании трубки, когда она сжимается в одном направлении и одновременно расширяется в перпендикулярном ему направлении. Это осцилляции между окружностью и эллипсом.

Частоты этих двух рамановских колебательных мод зависят от радиуса .

Механические свойства нанотрубок

Углеродные нанотрубки очень прочные. Закон Гука: механическое напряжение пропорционально относительной деформации .

где Е –модуль Юнга характеризует жесткость или упругость материала.. Модуль Юнга углеродных нанотрубок равен 1280 до 1800 ГПа. Для стали . Углеродная трубка почти в 10 раз более жесткая, чем сталь. Углеродная нано трубка очень упруга на изгибе и не ломается из-за отсутствия дефектов (дислокаций и границы зерен).углеродные стенки трубки состоят из правильных шестиугольников, которые при и изгибе деформируются, но не рвутся.

Предел прочности на разрыв однослойной углеродной нанотрубки составляет 45 ГПа, стальные сплавы разрушаются при 2 ГПа. Таким образом, углеродные нанотрубки примерно в 20 раз прочнее стали. Многослойная нанотрубка диаметром 200 нм имеет предел прочности 7 ГПа и модуль Юнга 600 ГПа. (1 ГПа =10⁴ атм).

Применение углеродных нанотрубок

Полевая электронная эмиссия УНТ возникает при приложении небольшогоэлектрическогополя вдоль оси нанотрубки. Эффект наблюдается при подаче напряжения между двумя параллельными металлическими электродами, на один из которых нанесена композитная паста из нанотрубок.

Высокая электрическая проводимость углеродных трубок означает, что они отражают электромагнитные волны как металлы, и могут применяться для экранирования электромагнитного излучения.

Наноустройства на основе УНТ

Диоды

Если углеродный шестиугольник заменить на пятиугольник или семиугольник, то нанотрубка изогнется При этом изменяется ориентация шестичленных колец по отношению к оси нанотрубки, меняется положение уровня Ферми, ширина запрещенной зоны и проводящие свойства. на рис приведены схемы искривления нанотрубки на при замене и изменения потенциального барьера для электронов проводимости. Слева от изгиба нанотрубка будет металлической справа- полупроводниковой. Возникает гетеропереход металл-полупроводник. Электроны на уровне Ферми обладают разной энергией относительно изгиба. Электроны будут переходить из области нанотрубки с большей энергией Ферми в область с меньшей энергией Ферми. Электрический ток потечет в одном направлении.Односторонняя проводимость используется для создания +выпрямляющего диода. См рис

Нанотрубка находится в контакте с двумя проводниками из золота, нанесенными на квантовую подложку. В зависимости от полярности напряжения электрический ток или отсутствует или линейно нарастает при увеличении напряжения выше запорного.

Полевой транзистор

В транзисторе на полупроводниковой УНТ нанотрубка помещается на два тонких платиновых электрода (левый- исток, правый- сток), на которые подается основное напряжение для прохождения тока. В качестве третьего управляющего электрода (затвора) используется слой кремния. Электроды и затвор разделяет изолирующий слой оксида кремния. В полупроводниковой нанотрубке состояния валентной зоны отделены от зоны проводимости энергетической щелью, поэтому в отсутствие внешнего поля концентрация носителей в зоне проводимости мала и нанотрубка обладает высоким сопротивлением. При подаче на третий электрод электрического поля U в области нанотрубки возникает электрическое поле, что изменяет энергетическое распределение в зонах. И края зон смещаются относительно поверхности ферми. При этом концентрация дырок в валентной зоне и электропроводность возрастают. Для потенциала затвора около – 6 В концентрация дырок достигает максимума, сопротивление минимума и нанотрубка становится металлической. Рис

При создании полевого транзистора на металлической нанотрубке используют эффекты туннельного переноса электронов через нанотрубку по отдельным молекулярным орбиталям.

Холодные катоды на основе УНТ

Полевая эмиссия служит основой для создания электронного цветного нанодисплея. Однослойные УНТ диаметром 1,4 нм и длиной от 0,5 нм до2 нм смешивались с ультрадисперсным металлическим порошком и связующим материалом. Полученная смесь наносилась на подложку катода, и после термообработки связующий материал удалялся. Затем поверхность катода обрабатывалась абразивным материалом для удаления металлических частиц, так, что вершины нанотрубок оказывались над поверхность катода. Поверхность анода включала частицы люминофора толщиной 6-10 мкм, для воспроизведения красного, зеленого и голубого цвета соответственно. Панель монитора откачивалась до вакуума 10^-7 Торр и запаивалась. При подаче небольшого электрического на катод из концов нанотрубок катода происходила интенсивная эмиссия электронов которые летели сквозь алюминиевую фольгу в виде плоского анода на слой люминофора и возбуждали атомы люминофора вызывая свечение. При перемене знака напряжения эмиссия не происходит, +дисплей имеет диодную структуру. См рис

Углеродные нанотрубки также используются для производства катодолюминесцентных ламп с холодным катодом., (см рис.) топливных элементов, химических газовых сенсоров и др.

Графен

(УФН т181,№12 с1129-1311 К.С.Новоселов «Графен:материалы Флатландии» Нобелевская лекция)

Графен - двумерный атомный кристалл, состоящий из атомов углерода выстроенных в гексагональную решетку. Модель решетки графена получается, если аккуратно срезать тонкий слой с пустых пчелиных сот параллельно их плоскому основанию. Возникает плоская сетка с правильными одинаковыми шестиугольными ячейками.

Графен обладает новой электронной системой с уникальными характеристиками, благодаря носителям заряда, ведущими себя как безмассовые релятивистские квазичастицы (безмассовые дираковские фермионы). Графен –гигантская молекула, пригодная для химических модификаций. Его приложения простираются от электроники до композитных материалов.

Устойчивость двумерных кристаллов

В двумерном пространстве не существует узлов. Вероятность достигнуть любой точки в двумерном пространстве в процессе случайного блуждания в точности равна единице. Ранее в работах Пайерлса, Ландау и Мермина и Вагнера. Показана невозможность кристаллографического или магнитного упорядочения на большие расстояния в двумерной системе при любой конечной температуре. Неустойчивость двумерных кристаллов обусловлена тепловыми флуктуациями. Эти флуктуации накладывают фундаментальные ограничения на изготовление и саму возможность существования кристаллов пониженных размерностей(двух и одномерных).

Поэтому двумерные кристаллы синтезируют как части трехмерной структуры при высокой температуре и извлекают двумерные части при низкой температуре. Флуктуации расходящиеся при высокой температуре подавляются во время синтеза за счет взаимодействия с трехмерной матрицей (подложкой).При низкой температуре флуктуации малы.

Создание графена.

Графит-слоистый материал (стопка отдельных слоев графена). Технология получения графена называется - Микромеханическое расслоение или «метод липкой ленты». Верхние слои высококачественного графита снимается фрагментом липкой ленты (скотч), которая с плоскими тонкими кристалликами графита переносится на поверхность подложки. Если сцепление нижнего слоя графена с подложкой превышает сцепление слоев графена между собой, то на поверхности подложки могут остаться кристаллики графена. Монослои графита на подложке кремния/ окись кремния () со слоем оксида толщиной 100 либо 300 нанометров обеспечивают оптический контраст до15% до некоторых длин волн падающего света.рис

Метод химического расслоения состоит в обработке графита кислотами с получением оксидов графена называемых (графон). Это графит интеркалированный кислородными группами, которые превращают его в гидрофильный материал, легко рассыпающийся в воде. Эти чешуйки оксида графита, иногда однослойные, восстанавливают до низкокачественного графена.

Микромеханическое или химическое расслоение используется для получения других слоистых материалов. , , , , и других дихалькогенидов.

Другой подход состоит в химической модификации двумерного материала. Графен рассматривается как гигантская молекула. В графене атомы углерода -гибритизированы, только три электрона образуют сильные -связи, а оставшийся электрон коллективизируется, образуя слабые -связи. Графен – полуметалл с нулевым перекрытие валентной зоны и зоны проводимости, и хорошо проводит электрический ток. Алмаз, где каждый атом углерода находится в гибритизированном состоянии, имеет четырех соседей, является изолятором с огромной запрещенной зоной, т.к. все четыре электрона из внешней оболочки включены в -связи.

К настоящему времени получены две кристаллически упорядоченные химические модификации графена:

графан – к каждому атому углерода присоединен один атом водорода ; фторграфен - к каждому атому углерода присоединен один атом фтора . Оба кристаллических материала являются изоляторами с широкой запрещенной зоной, устойчивы к при комнатной температуре. Они открывают новый класс материалов –двумерных атомных кристаллов.

Гетероструктуры на основе двумерных материалов

Двухслойный графен является полуметаллом с параболическими зонами. При нарушении симметрии между слоями (например, приложением между слоями внешнего электрического поля) в энергетическом спектре открывается щель. Малый поворот между отдельными слоями приводит к появлению сингулярностей Ван Хова при низких энергиях.

Складывая поочередно моно слои изолирующего нитрида бора и проводящего графена можно получить слабо связанные графена. Взаимодействие между ними будет зависеть от количества слоев нитрида бора меду плоскостями графена. Взаимодействие будет варьироваться от туннелирования (один–два слоя нитрида бора) до чисто кулоновского при большем числе слоев).

Электронные свойства графена

Графен-полуметалл с нулевым перекрытием зон, валентная зона и зона проводимости касаются в двух точках ( и ) зоны Брюллиэна рис 7.

Подобная электронная структура является следствием гексагональной симметрии решетки графена (не относящейся к решеткам Браве). Она содержит два атома в каждой элементарной ячейке и рассматривается как взаимопроникающие треугольные решетки. Орбитали атомов углерода гибритизируются, формирую зоны и .Пересечение этих зон в точках и формирует бесщелевой энергетический спектр с линейной дисперсией.

Состояния в валентной зоне и зоне проводимости графена описываются единой спинорной волновой функцией, поэтому электроны и дырки связаны зарядовым сопряжением и обладают, как квазичастицы, киральной симметрией.

Парадокс Клейна

Парадокс Клейна связан с увеличением вероятности туннелирования релятивисткой частицы приближающейся к единице, при условии, когда высота барьера превышает где -масса покоя частицы. -скорость света.

.

Это можно рассматривать как подавление рассеяния назад безмассовых релятивистких частиц, движущихся со скоростью света, как и фотоны.

Парадокс Клейна для киральных частиц в графене приводит к превращению электрона внутри потенциального барьера в дырку и к равной единице вероятности туннелирования через такой барьер при нормальном падении. Это приводит к отсутствию локализации и конечной минимальной удельной проводимости, даже в графене с умеренным беспорядком, который в пределе формально нулевой концентрации носителей заряда разбивается на электронно-дырочные лужи.

Полуцелый квантовый эффект Холла

Симметрия по отношению к зарядовому сопряжению между электронами и дырками гарантирует, что при электрическом поле снапряженностью всегда будет существовать энергетический уровень. В магнитном поле эта симметрия приводит к последовательности уровней Ландау для электрона в магнитном поле

Где -заряд электрона, -постоянная Планка, -магнитное поле, -скорость Ферми, Последнее слагаемое в формуле связано с киральностью квазичастиц и обеспечивает существование двух энергетических уровней (электронного и дырочного) при нулевой энергии. Каждый из этих уровней имеет двое меньшее вырождение, чем остальные уровни Ландау.

В экспериментах такая цепочка уровней Ландау обнаруживается в наблюдении «полуцелого квантового эффекта Холла рис 8. Вдвое меньшая степень вырождения нулевого уровня Ландау проявляется в виде плато в холловской удельной проводимости на значениях при факторах заполнения .

Из-за линейной дисперсионной зависимости и большой величины скорости Ферми расстояние меду нулевым и первым уровнями Ландау необычно велико в умеренных магнитных полях и превышает тепловую энергию комнатной температуры .Это приводит к возможности наблюдения квантового эффекта Холла при комнатных температурах (что позволяет реализовать квантовый стандарт сопротивления 1 Ом при комнатных температурах)!

Механические свойства графена

Графен –настоящий двумерный атомный материал может с легкостью механически растягиваться и деформироваться, сжиматься сворачиваться, покрываться рябью, и разрываться на куски. Любое такое механическое воздействие приводит к сильному изменению электронной структуры графена.

Натяжение эквивалентно появлению локального магнитного поля (направленного в противоположные стороны для квазичастиц из долин и ). Графен механически прочен и очень эластичен, прикладываемые натяжения и соответствующие псевдомагитные поля могут быть очень сильными и приводить к открытию заметных щелей в энергетическом спектре. Возникает новое неисследованное направление в электронике: деформационная инженерия электронной структуры и валлейтроника.

Валлейтроника –перспектива альтернативы электроники, в которой перенос «поляризации» электронного газа по долинам и будет осуществлять движение информации. Для сравнения:

В спинтронике информация переноситься спиновыми токами, представляющими движение спиновой плотности электронного газа.

В электронике информация переносится электрическим током (направленным движением зарядов).

Оптические свойства графена

В инфракрасном пределе коэффициент поглощения равен , где постоянная тонкой структуры в видимом диапазоне ?.такой заметный коээфициент поглощения позволяет видеть графен без микроскопа. При высоких частотах поглощение усиливается достигая 10% из-за сингулярностей Ван Хова на краях зоны.

Регулируя концентрацию носителей заряда можно сдвигать положение уровня Ферми и менять оптическое поглощение графена за счет действия принципа Паули. Так как плотность состояний в графене относительно невелика, то даже электростатическое допирование может сдвинуть уровень Ферми на несколько сотен мэВ. Осуществляя сильное допирование в последовательности из нескольких десятков слоев графена. Можно существенно регулировать прохождение света через такие структуры, что перспективно для создания новых устройств фотоники.

Двухслойный графен

Два слоя графена укладываются в берналовскую укладку, когда только половина атомов углерода имеет соседей в соседнем слое, а вторая половина соседей не имеет и проецируется прямо в центры шестиугольников соседнего слоя. Рис 9.

Квантовые перескоки электронов между взаимодействующими атомами разных слоев формируют пару высокоэнергетических электронных подзон. Эти подзоны не дают вклада в электронный транспорт до тех пор, пока не достигаются очень высокие уровни допирования. В оптических экспериментах эти подзоны легко наблюдаются.

Невзаимодействующие атомы углерода разных слоев дают начало низкоэнергетическим зонам. Эти зоны пересекаются при нулевой энергии как в однослойном графене, но имеют параболическую форму см рис 10. Симметрия между слоями является здесь аналогом симметрии подрешеток в однослойном графене и обеспечивает киральную симметрию между электронами и дырками.

Таким образом, получаются квазичастицы нового типа в двухслойном графене – массивные киральные фермионы, которые не имеют аналогов в квантовой электродинамике (КЭД).

Киральность массивных фермионов проявляется в квантовом эффекте Холла необчного вида. В магнитном поле последовательность уровней Ландау имеет вид

Здесь -циклотронная частота, -циклотронная масса. -интеграл перескока электронов разных слоев.

При нулевой энергии существуют два уровня Ландау с и ,которые снова приводят к необычной последовательности холловских плато и металлическому поведению в пределе нулевого фактора заполнения.

Прикладывая затворное напряжение или химически допируя графен только с одной стороны мы нарушаем симметрию между слоями и, следовательно их подрешетками по отношению к пространственной инверсии. Это приводит к снятию киральной симметрии и открытию щели в спектре энергии до 0,5 эв.

В итоге двухслойный графен представляет собой редкий материал, в котором запрещенной зоной можно непосредственно управлять электрическим полем. Приложенным поперек слоев. Ширина запрещенной зоны (щели в спектре энергий) прямо пропорциональна величине поля.

Применение графена

Графеновая подложка для изучения нанообъектов биологическихи других образцов методом просвечивающей электронной спектроскопии (ПЭМ). Предельно тонкий, проводящий.контрастный радиационностойкий до80 кэВ.

Графен выращенный химическим газофазным осаждением (CVD) на поверхности металла покрывается слом полимера. Затем, металлическая подложка удаляется травлением, а полимерная пленка, с прикрепленным к нему графеном, перемещается на металлическую сетку, с отверстиями несколько микрон, где, после удаления полимерной сетки, образуется свободно висящая мембрана.

Графеновые прозрачные проводящие покрытия для солнечных батарей и жидкокристаллических дисплеев вместо металлических и оксиднометаллических.

Графеновые полевые транзисторы с возможной подвижностью квазичастиц при комнатной температуре. При подвижности , усиление по току на частотах 100 ГГц в транзисторах с каналом длиной 240 нм выше чем кремниевых полевых МОП-транзисторах с такой же длиной канала.

Графеновые интегральные микросхемы

Создана технология нанесения графена (монослоя графита) на подложку из нитрида бора, достаточного размера для интегральной микросхемы. Постоянная решетки сильно отличается от постоянной решетки графита, поэтому кремний не годится как подложка для графена. Однако графен, к сожалению, имеет большую минимальную удельную проводимость в состоянии «выключено».

Графеновые композитные материалы

Прочнейший и жесткий графен с модулем Юнга 1 ТПа идеальных кандидат для армированных высококачественных композитов. Одноатомная толщина не дает ему расколоться. Высокое отношение поперечного размера к толщине делает его идеальным ограничителем трещин. Взаимодействие графена со связующим материалом можно усилить химически модифицировав поверхность или края графена.

Спектр комбинационного рассеяния графена существенно меняется при механических деформациях в доли процента. Сам комбинационный сигнал очень сильный, а механические напряжения хорошо передаются от полимера к графену. Поэтому скопление напряжений в исследуемом композитном материале легко обнаруживаются по спектральным пикам.

В области фотоники созданы сверхбыстродействующие фотодетекторы использующие высокую подвижность и большую фермиевскую скорость квазичастиц в графене, и эффективные синхронизаторы мод.

Графен используют для создания идеальных газовых барьеров и тензодатчиков благодаря исключительной механической прочности и высокого кристаллического совершенства решетки.

Графен и его окись используют для очистки от радиоактивных загрязнений. Он лучше взаимодействует с радиоактивными атомами, чем бетонитовые глины.