Физики усовершенствовали наночастицы диоксида титана, полезные для экологии и биомедицины

Аллотропные модификации углерода – одно из интереснейших явлений в области химии. Но если про графит и алмаз слышал каждый, то графен остается менее известной модификацией двенадцатого элемента таблицы Менделеева. Однако Нобелевская премия по физике 2010 года не только смогла привлечь внимание широкой публики к графену, но и послужила толчком к активному изучению свойств этой модификации. И несмотря на то, что сегодня об электрических и тепловых свойствах графена известно больше, чем без малого десять лет назад, он продолжает оставаться популярным объектом исследования.

Впрочем, если свойства однослойного графена науке известны, то его химическая модификация, в том числе металлами, вызывает куда больше вопросов. Например, введение в графен ферромагнитных металлов может привести к возникновению магнитных свойств, а адсорбция щелочных металлов на поверхности графеновой пленки – к появлению новых электрических свойств.

Стоит сказать, что прикрепление металлов (адсобция) к графеновой пленке зачастую оказывается не полным. Как правило, металлы адсорбируются на складках, количество которых на всей поверхности невелико. В связи с этим, вопрос о том, можно ли создать волнообразную поверхность графеновой пленки и тем самым улучшить свойства подобной структуры, более чем логичен.

Сотрудники кафедры прикладной и технической физики ТюмГУ, Юрий Пахаруков и Фарид Шабиев, а также аспирант Руслан Сафаргалиев получили волнообразную структуру графеновых наночастиц. Работа опубликована в журнале Letters to Jounal of Experimental and Theoretical Physics.

В качестве подложки, выполняющей роль пленкоформирователя, был использован парафин. Этот выбор объясняется тем, что температура плавления парафина (20-100 градусов Цельсия) отлично вписывается в условия эксперимента. Сообщается, что полученная волнообразная поверхность графеновой пленки является результатом проявления неустойчивости Кельвина–Гельмгольца. Иными словами, волновая деформация образуется вследствие разных скоростей жидкого парафина и графеновой суспензии, контактирующих между собой.

Кроме того, авторы изучили особенности взаимодействия графена и парафина в рассматриваемом процессе. Оказалось, что появление волнообразных структур обусловлено действием Ван-дер-ваальсовых сил. Их относят к универсальным взаимодействиям между молекулами, которые возникают благодаря непрерывному движению электронов в атомах.

Исследовательской группой также отмечено, что на границе жидкого парафина и графеновой суспензии наблюдается формирование межфазной границы, на которой образуется пленка из многослойных графеновых наночастиц. Результаты исследования, по мнению авторов, могут быть использованы при создании методики формирования упорядоченных структур с нанополосками из графеновых наночастиц.