Здравствуйте! На данный момент портал работает в режиме тестирования.
мама
123
Выбор редакции Наука Новости

Российские ученые объяснили одно из удивительных свойств графена

Физики из России нашли объяснение тому, почему добавление графена в некоторые полимеры заставляет их вырабатывать электричество при сжатии и растягивании, и нашли способ улучшить их качества, сообщает пресс-служба Института математических проблем биологии РАН, об этом сообщают РИА Новости.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот. Он отличается высокой прочностью и уникальными электрическими свойствами. За создание графена выходцам из России Константину Новоселову и Андрею Гейму была присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике.

Как отмечают Владимир Быстров из Института математических проблем биологии РАН и его коллеги, одним из самых необычных свойств графена является то, что добавление наночастиц из этого «нобелевского» материала резко меняет свойства многих полимеров, способных превращать механические колебания в электрический ток.

Феномен возникновения электрического тока при сжатии или механической деформации определенных материалов, так называемый пьезоэлектрический эффект, был открыт в конце 19 века французскими физиками Жаком и Пьером Кюри. За последующие полтора века данное свойство нашло свое применение как в быту — в виде источника напряжения в зажигалках и чувствительного элемента в микрофонах, так и в науке, где пьезоэлектрический эффект используется для сверхточного манипулирования микроскопическими приборами.

Открытие подобных свойств у графена, по словам ученых, открыло дорогу для создания очень эластичных, легких и прочных полимерных пьезоматериалов, однако физики столкнулись с проблемой – их свойства менялись совершенно неожиданным и необъяснимым образом при изменении структуры. К примеру, когда физики добавляли графен в полимерный материал, изначально обладающий пьезоэлектрическими свойствами, его характеристики ухудшались, а не улучшались, как этого ожидали ученые.

Для решения этой загадки Быстров и его команда создали компьютерную модель подобных материалов, и проанализировали то, как менялись их свойства на уровне отдельных электронов и атомов при добавлении туда графена.

Как оказалось, пьезоэлектрические свойства этих материалов сильно зависели от того, на каком расстоянии друг от друга находились частички «нобелевского углерода» и молекулы полимеров. Если это расстояние было даже незначительно меньше или больше оптимальной дистанции между молекулами и графеном, то тогда сила эффекта уменьшалась и материал начинал хуже преобразовать механическую энергию в электрический ток.

Раскрыв корни необычного поведения графена, Быстров и его коллеги просчитали несколько оптимальных вариантов расположения наночастиц и молекул полимеров. Эти расчеты, как надеются ученые, помогут графеновым пьезоэлементам быстрее проникнуть в промышленность и быт россиян и жителей других стран.

Об авторе

Тимур Хафизов

Тимур Хафизов

Корреспондент Russian IT World