Эдисон мог случайно получить графен за 125 лет до его открытия
По информации Университета Райса, американские исследователи пришли к выводу, что эксперименты Томаса Эдисона с первой лампой накаливания в 1879 году могли случайно привести к кратковременному образованию графена — материала, официально выделенного лишь в 2004 году. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
Воссоздание работы Эдисона
Команда под руководством профессора Джеймса Тура воспроизвела конструкцию ламп накаливания с углеродными нитями, используемыми Эдисоном, и подала на них электрический ток 110 вольт. Нити были нагреты примерно на 20 секунд, чтобы имитировать реальные условия XIX века. Более длительное воздействие приводило бы к образованию графита.
«Воспроизвести то, что сделал Томас Эдисон с теми инструментами, что есть у нас сегодня, — невероятно захватывающе. Мы смогли увидеть, как простые углеродные материалы могли неожиданно создавать сложные структуры на атомном уровне», — отметил Тур, один из ведущих авторов исследования.
Первый автор статьи, Лукас Эдди, ранее выпускник Университета Райса, объяснил:
«Я искал недорогие и доступные способы массового производства графена. Вспомнил, что в первых лампах Эдисона использовались углеродные нити, и решил проверить их поведение при электрическом нагреве. Эксперименты показали, что даже такие простые материалы способны создавать турбостратический графен».
Что такое графен и турбостратическая структура
Графен — это слой атомов углерода толщиной всего один атом, расположенный в гексагональной решетке. Он в 200 раз прочнее стали, обладает высокой электропроводностью, гибкостью, прозрачностью и стойкостью к газам и жидкостям. Турбостратический графен отличается случайным смещением слоев, что делает его особенно перспективным для промышленного производства и использования в аккумуляторах и композитных материалах.
Современные методы получения турбостратического графена включают мгновенный джоулев нагрев: углеродные материалы подвергаются резкому разогреву до 2000–3000 градусов Цельсия за доли секунды. По мнению исследователей, углеродные нити Эдисона при прохождении тока нагревались аналогично, создавая условия, подходящие для кратковременного образования графена.
Исследование и анализ
После нагрева поверхности нити изменили цвет с темно-серого на серебристый металлический оттенок. Для точного анализа применили оптическую микроскопию и рамановскую спектроскопию — метод, позволяющий идентифицировать атомные структуры. В нескольких участках нити учёные обнаружили турбостратический графен.
«Хотя мы не можем утверждать, что графен стабильно сохранялся в экспериментах Эдисона, наши данные подтверждают, что его кратковременное появление было возможным», — добавил Тур.
Значение открытия
Результаты исследования демонстрируют, что исторические эксперименты могут скрывать ранее неизвестные материалы и процессы. Даже простая углеродная нить, нагретая электрическим током, способна создавать структуры, которые сегодня рассматриваются как высокотехнологичные.
«Установление возможности получения графена вызывает вопросы о том, какие еще открытия могут скрываться в старых лабораторных работах и патентах», — отметил Тур.
Ученые подчеркивают, что открытие не только меняет представление о потенциале экспериментов XIX века, но и показывает, что инновации часто происходят задолго до того, как их официально фиксируют современные методы анализа.
