Учёные обнаружили двумерный углеродный материал, который превосходит по прочности графен и обладает повышенной устойчивостью к образованию трещин. Этот материал, получивший название «монослойный аморфный углерод» (MAC), был синтезирован группой учёных под руководством Барбароса Озьилмаза в Национальном университете Сингапура.
Согласно исследованию, MAC демонстрирует впечатляющие характеристики – он в восемь раз прочнее графена. Подобно графену, MAC является двумерным материалом толщиной в один атом, однако его структура принципиально отличается. В то время как в графене атомы расположены в упорядоченной гексагональной решётке, MAC представляет собой композитный материал, сочетающий как кристаллические, так и аморфные области.
«Такая уникальная структура препятствует распространению трещин, позволяя материалу поглощать больше энергии перед разрушением», – поясняет Бонгки Шин, аспирант в области материаловедения и наноинженерии, ведущий автор исследования.
Это открытие имеет большое значение для развития двумерных материалов, которые уже произвели революцию в различных областях – от создания более быстрой и эффективной электроники до высокоёмких систем хранения энергии, передовых датчиков и носимых технологий. До сих пор их хрупкость существенно ограничивала практическое применение.
Для изучения свойств материала исследователи из Университета Райса использовали метод испытания на растяжение внутри сканирующего электронного микроскопа, что позволило наблюдать за формированием и распространением трещин в реальном времени. Параллельно группа под руководством Маркуса Бюлера из Массачусетского технологического института провела молекулярно-динамическое моделирование, позволившее изучить влияние сочетания кристаллических и аморфных областей на энергию разрушения на атомном уровне.
«Ранее такие исследования были невозможны из-за сложности создания и визуализации ультратонкого неупорядоченного материала на атомном уровне», – отмечает Имо Хан, доцент кафедры материаловедения и наноинженерии и соавтор исследования. «Однако благодаря недавним достижениям в синтезе наноматериалов и высокоразрешающей визуализации мы смогли открыть новый подход к повышению прочности двумерных материалов без добавления дополнительных слоёв».