Несмотря на весь ажиотаж вокруг графена, все его свойства и обещания ученых, вы возможно удивлены тому факту, что этот материал до сих пор не используется повсеместно. Как оказалось, в этом нет ничего удивительного. Международная группа ученых провела анализ образцов графена, производимого 60 компаниями по всему миру и пришла к выводу, что все они на самом деле занимаются производством и продажей не ультратонкого материала на основе углерода, за изобретение которого его создатели получили Нобелевскую премию, а обычного мусора, который еще и продают втридорога.
Графен действительно обладает большим потенциалом и способен произвести революцию в технологиях. Однако исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials говорит, что универсальные международные стандарты производства этого материала произвольно трактуются его производителями. Сравнив то, что среди ученых принято считать графеном с тем, что производят и продают компании на рынке, исследователи установили, что на самом деле доля графена в этих материалах не превышает 50 процентов, а в большинстве случаев она и того меньше – менее 10 процентов.
Выводы на самом деле шокируют, если учесть, сколько надежд было возложено на настоящий материал. Ученые в журнале Advanced Materials пишут:
«Очень беспокоит тот факт, что производители называют черную пыль графеном и продают за большие деньги, однако в реальности продаваемый ими материал в основном состоит из дешевого графита. Такое поведение наносит сильный удар по репутации всей индустрии и оказывает негативное влияние на серьезных разработчиков и производителей графена. Реальное развитие индустрии производства графена возможно только благодаря стандартизации производственного процесса и внедрения соответствующих протоколов».
В 2004 году русскими учеными Андреем Геймом и Константином Новоселовым из Манчестерского университета была опубликована работа в журнале Science, где сообщалось о получении графена на подложке окисленного кремния. В 2010 ученые получили за это открытие Нобелевскую премию. Созданный учеными материал в один атом толщиной обладает невероятной прочностью, а его электрические свойства способны сделать его полезным при производстве экранов, телефонов, солнечных панелей и другой электроники, которой мы пользуемся каждый день.
Изначально производство графена проводилось в буквальном смысле с помощью скотча. Куски графита помещались между липкими лентами и расщепляли раз за разом, создавая достаточно тонкие слои. После отшелушивания скотч с тонкими пленками графита прижимался к подложке окисленного кремния. Но такой вид производства оказался не масштабируемым, поэтому компании стали производить графен путем осаждения атомов углерода в виде пленки или срезки графитовой стружки определенной толщины и последующего формирования слоя. Кроме того, существуют и другие способы.
В новом исследовании, одним из соавторов которого является Новоселов, ученые рассмотрели только метод жидкофазной эксфолиации, который применяется при массовом производстве графена. Исследователи определяют графен как углеродные листы толщиной не более 10 атомов, поскольку в ином случае метериал теряет свои полезные свойства. Проанализировав в лаборатории образцы графена, произведенного 60 компаниями со всего мира, ученые установили, что весь их графен является подделкой. У всех образцов содержание настоящего графена составило менее 50 процентов, у трети образцов этот показатель оказался еще ниже – менее 10 процентов. При этом все образцы имели от 10 до 1000 слоев атомов. Более того, настоящий графен должен состоять на 100 процентов из углерода, а исследуемые образцы содержали следы других соединений.
«Наше обширное исследование мирового производства графена показало, что на рынке практически не имеется высококлассного, чистого графена, чей химический состав принят и описан Международной организацией по стандартизации», — сообщают ученые.
Физик Питер Бёггильд из Датского технического университета, не принимавший участие в данном исследовании, прокомментировал журналу Nature эти выводы, сравнив ситуацию с «миром, в котором антибиотики может производить и продавать любой человек, поскольку нет никаких стандартов». В таком случае эти антибиотики никто не будет покупать. И возможно именно поэтому мы до сих пор не стали свидетелями революции в потребительской электронике, которую нам обещал графен.
«Эта работа является прямым призывом к исследователям, производителям и покупателям графена, чтобы те согласились и приняли необходимые стандарты. Прозрачный рынок производства графена принесет пользу абсолютно всем, за исключением, разве что, недобросовестных поставщиков», — пишет ученый.
Бёггильд также отмечает, что в исследовании не указывается, как ученые проводили отбор компаний – возможно некоторые производители, которые создают действительно высококачественный продукт, не были учтены. В то же время физик добавляет, что данное исследование является очередным примером важности наличия контроля качества в этой развивающейся сфере.