Восстановленный оксид графена используется в датчиках, биосенсорах и накопителях энергии. Для его получения используется обработка оксида графена, которая позволяет восстанавливать материал строго по заданному рисунку. Однако вплоть до недавнего времени ученые не могли до конца понять механику этого процесса. Согласно одной из гипотез, материал поглощает свет и нагревается, в результате чего кислородсодержащие группы удаляются. По другой версии, свет напрямую избирательно разрывает химические связи между углеродом и кислородом. Третья гипотеза объединяет первые две – «фототермическую» и «фотохимическую».
Чтобы понять, какая из трех гипотез ближе к истине, ученые из Томского политеха провели исследование совместно с коллегами из Горного университета Леобена (Австрия), Северо-западного политехнического университета (Китай) и Сычуаньского университета (Китай). Авторы использовали в экспериментах стеклянные подложки, покрытые ультратонкой пленкой из оксида графена, а также лазеры разной мощности и разных цветов (синий, зеленый, красный). В ходе лазерной обработки ученые отслеживали, как меняется температура оксида.
Оказалось, что после облучения лазером оксид графена некоторое время светится красным светом. Однако затем его свечение быстро падает, не коррелируя со степенью нагрева. Так, под действием красного лазера материал нагревался в разы сильнее, чем под действием синего, тогда как свечение, сопровождающее восстановление, в обоих образцах было одинаковым. По мнению ученых, это говорит в пользу «фотохимической» гипотезы, согласно которой свет избирательно разрывает связи между кислородом и углеродом, что ведет к восстановлению оксида графена.
Результаты исследования позволят управлять свойствами оксида графена без существенного нагрева. В частности, это даст возможность обрабатывать материал с помощью фотолитографии для дальнейшего применения в микроэлектронике.
«Элегантность нашей стратегии управления свечением оксида графена заключается в ее тонкости — тщательно выбирая мощность лазера, мы можем записывать данные на пленке оксида графена, которые не видны под оптическим микроскопом. Но гораздо важнее фундаментальное понимание механизмов, определяющих этот процесс. Такое понимание позволит предсказать поведение материала в различных условиях для разработки инновационных технологий», – цитирует Российский научный фонд Евгения Шеремета, PhD, профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета.
