Сверхзвуковое напыление позволяет получить высококачественное графеновове покрытие без постобработки
Уникальные свойства графена — его электро- и теплопроводность, а также механическая прочность — делают его очень перспективным материалом для создания разнообразных плёнок и покрытий. Два основных подхода к созданию таких покрытий, существующие сегодня — это выращивание кристаллов графена путём осаждения атомов углерода из содержащих углерод газов на подложку и нанесение на поверхность суспензии, содержащей чешуйки графена размером до нескольких микрометров. Первый способ позволяет получить идеальные монокристаллы, однако требует высоких температур, идеально чистых ингредиентов, специальных подложек. Он применим прежде всего в микроэлектронике, для создания графеновых электронных компонентов.Второй способ — гораздо более неприхотлив, но вместо монокристаллического графена на поверхности образуется слой из множества перекрывающихся чешуек графена с далёкой от идеальной структурой — для многих применений достаточно и этого. Для улучшения качества такого покрытия используются разные способы — отжиг, плазменная или химическая обработка. Учёные из Иллинойсского университета в Чикаго совместно с коллегами из Южной Кореи разработали простой и хорошо масштабируемый вариант второго способа получения графенового покрытия без какой-либо постобработки.
Стеклянная пластинка с графеновым напылением и её поверхность под электронным микроскопомИх метод заключается в том, что суспензия, содержащая чешуйки оксида графена, напыляется на изделие с помощью сопла Лаваля. Этот вид сопла широко используется в ракетных и реактивных двигателях и позволяет достичь сверхзвуковых скоросетй потока газа. Благодаря этому суспензия распыляется на мельчайшие капельки, позволяя разделить отдельные чешуйки и нанести их очень равномерно. При дозвуковых скоростях чешуйки часто попадают на поверхность в виде слипшихся комков. Кроме того, мельчайшие капельки, обдуваемые сверхзвуковым потоком газа, практически мгновенно высыхают.
Ещё одно преимущество — кинетическая энергия, с которой графен ударяется о поверхность изделия, оказывается достаточной, чтобы чешуйки не просто прилипли к ней, но и разгладились, «залечив» при этом многие структурные дефекты. Графен при сверхзвуковых скоростях приобретает определённую эластичность, растягивается, и атомы углерода в местах дефектов занимают правильное положение, формируя идеальную шестиугольную решётку.
Растягивание благодаря кинетической энергии сверхзвукового потока исправляет дефекты графена
Этот метод очень прост и хорошо масштабируется. Варьируя концентрацию суспензии оксида графена, давление и скорость потока газа, можно легко управлять толщиной и качеством покрытия. Отсутствие необходимости в обработке покрытия расширяет круг материалов, которые можно покрыть графеновым напылением — можно широко использовать полимеры и пластики, которые не выдержали бы постобработки плазмой или высокими температурами.
