Графен — один из самых интересных материалов для будущих применений во всем: от высокопроизводительной электроники, оптических компонентов до гибких и прочных материалов. Обычный графен состоит из углеродных листов толщиной в один или несколько атомных слоев.
В ходе исследования исследователи модифицировали графен, заменив некоторые атомы углерода атомами азота. С помощью этого метода они получают места закрепления наночастиц оксида железа, которые декорируются на листах графена в процессе растворения. В процессе декорирования можно контролировать тип наночастиц оксида железа, которые образуются на поверхности графена, так что они образуют так называемый гематит (красноватую форму оксида железа, которая часто встречается в природе) или маггемит, менее стабильный и более магнитная форма оксида железа.«Интересно, что мы наблюдали, что, когда графен украшен маггемитом, графеновые листы спонтанно начинают сворачиваться в идеальные архимедовы нано-свитки, в то время как при декорировании менее магнитными наночастицами гематита графен остается в виде открытых листов, — говорит Томас Вагберг, старший преподаватель кафедры.
Физический факультет Университета Умео.Наноспирали можно представить как традиционные «рулетики», где бисквит представляет собой графен, а кремообразная начинка — наночастицы оксида железа. Однако наноспирали графена примерно в миллион раз тоньше.Результаты, опубликованные в настоящее время в Nature Communications, концептуально интересны по нескольким причинам.
Это показывает, что магнитное взаимодействие между наночастицами оксида железа является одним из основных эффектов образования спирали. Это также показывает, что дефекты азота в решетке графена необходимы как для стабилизации достаточно большого количества наночастиц маггемита, так и ответственны за «коробление» графеновых листов и тем самым снижение энергии образования нано-свитков.Процесс необычайно эффективен. Прокручивается почти 100 процентов листов графена.
После декорирования частицами маггемита группа исследователей не смогла найти открытых листов графена.Более того, они показали, что при удалении наночастиц оксида железа кислотной обработкой наноскроллы снова раскрываются и возвращаются к одиночным листам графена.«Помимо получения ценных фундаментальных знаний в области физики и химии графена, легирования азота и наночастиц, у нас есть основания полагать, что наноспирали графена, легированного азотом, украшенные оксидом железа, обладают очень хорошими свойствами для применения в качестве электродов, например, в литий-ионных батареях. из самых важных батарей в повседневной электронике », — говорит Томас Вагберг.
Исследование проводилось в рамках проекта «Искусственный лист», который финансируется фондом Кнута и Алисы Валленберг для физиков, химиков и исследователей в области растениеводства из Университета Умео.