Grafen, czyli super materiał, który ma przekształcić przemysł, ma konkurencję w postaci pokrewnej struktury węglowej 3D złożonej z połączonych cząsteczek.
Nowy materiał grafuleren (ang. graphullerene), może mieć potencjalne zastosowanie w nowych rodzajach urządzeń optycznych i elektronicznych dzięki zdolności do zatrzymywania i polaryzacji światła oraz właściwościom kwantowym.
Naukowcy pod kierownictwem profesora chemii Uniwersytetu Columbia Xaviera Roya opracowali nową strukturę poprzez połączenie dwóch istniejących form węgla. Pierwsza z nich, grafen, to dobrze znana dwuwymiarowa siatka atomów węgla, która wywołała taki entuzjazm i spekulacje po jej odkryciu na brytyjskim Uniwersytecie w Manchesterze w 2004 roku. Drugi to fulleren, który formuje siatkę węglową w kulę, nazwaną tak na cześć XX-wiecznego futurysty i inżyniera Buckminstera Fullera.
Powstała dwuwymiarowa struktura połączonych ze sobą kulek węglowych nosi nazwę grafullerenu, a jego trójwymiarowe ciało stałe to grafulleryt. Grafulleren składa się z warstw połączonych fullerenów pociętych w ultracienkie płatki z większego kryształu grafullerytu.
Profesor Xavier Roy wypowiedział się dla Phys.org:
“Ponieważ każda kulka składa się z 60 atomów węgla, fulereny mogą być połączone na wiele różnych sposobów, co skutkuje różnorodnymi właściwościami elektronicznymi, magnetycznymi i optycznymi. Obecny wynik — opublikowany w Nature w tym tygodniu — jest tylko jedną z możliwych konfiguracji,”
“Graphullerite… kryształy są neutralne pod względem ładunku, a wyekstrahowane molekularnie cienkie płatki nie mają resztkowych przeciwjonów ani zanieczyszczeń, co zapewnia platformę do badań nad światłem ograniczonym oraz do budowy urządzeń opartych na materiałach kwantowych. Badanie to ujawnia również, że istnieje cała rodzina wyższych i niższych wymiarowych superatomowych [form] węgla, które mogą być chemicznie przygotowane i badane”
Pierwsza autorka i badaczka doktorancka z Columbii Elena Meirzadeh stworzyła pierwsze kryształy grafullerytu w wysokotemperaturowym procesie z udziałem magnezowej struktury podtrzymującej, która później została usunięta za pomocą kwasu.
“Myślałam, że to się rozpadnie, ale pozostało nienaruszone. Zobaczyć nienaruszony, czysty kryształ węgla, który mogliśmy następnie łatwo badać, a nawet poddać eksfoliacji, było to wielką niespodzianką,” powiedziała Elena Meirzadeh
Choć to ekscytujące, odkrycia takie jak to mogą stać się ofiarą rozgłosu. W 2011 roku ówczesny kanclerz Wielkiej Brytanii George Osborne wsparł grafen kwotą 50 milionów funtów w ramach rządowego finansowania, aby przenieść odkrycie z “brytyjskiego laboratorium do brytyjskiej fabryki”, ale materiał ten nie wywarł jeszcze większego wpływu w szerszym przemyśle — choć badania trwają.
Profesor Xavier zaznaczył, że fulereny są już wykorzystywane do budowy organicznych ogniw fotowoltaicznych, a w medycynie jako środki kontrastowe do obrazowania MRI i X-ray oraz do dostarczania terapii lekowych, podczas gdy grafen jest aktywnie badany pod kątem potencjalnych zastosowań w elektronice, zastosowaniach energetycznych i nie tylko.
“Teraz połączyliśmy je razem w tę nową formę węgla. Nie wiemy dokładnie, co wyniknie z tej pracy, ale będzie to bardzo ekscytujące do zbadania,”
