Учёные Института физики СГУ изучают влияние наночастиц оксида цинка на электронные свойства аминированного графена. Результаты экспериментов подтверждают перспективность и эффективность использованного материала для обнаружения в воздухе вредных газов.
В центре внимания учёных СГУ – новые материалы, особенно двумерные (2D) структуры наподобие графена. Цель исследовательского проекта – понять, как именно работает связка «аминированный графен + оксид цинка», и не просто эмпирически, а на глубоком уровне: от атомной структуры до проводимости.
Графен – это одноатомный слой углерода, упорядоченный в виде пчелиных сот. Он невероятно прочный, электропроводный и чувствительный к осаждающимся на атомную сетку отдельным молекулам. Однако в реальных условиях графен быстро окисляется, теряя эффективность. Поэтому в новом исследовании команда разработчиков рассматривает не чистый, а функционализированный графен (с добавлением других молекул или функциональных групп), в частности – графен с аминными группами (NH3). Они работают как ловушки для молекул вредных газов.
Квантовые расчёты учёные проводили с использованием продвинутых моделей и редко применяемого метода рассеяния волновой функции – подхода, который позволяет оценить, как изменяется электронная проводимость при адсорбции молекул.
Результаты впечатляют. Учёные установили, материал начинает «слышать» слабые сигналы – и делает это точнее, чем раньше. Что даёт эта связка на практике? Сенсорный отклик. Тот самый эффект, когда сопротивление материала резко меняется при попадании на него молекул газа. В новых композитах это изменение достигает десятков раз – за счёт того, что аминогруппы «ловят» молекулы, а оксид цинка усиливает электронный отклик.
Эта работа – наглядный пример того, как теория и практика, квантовая физика и материаловедение могут вместе создавать платформу для новых технологий: от портативных газоанализаторов до мультичипов, способных улавливать десятки вредных веществ одновременно.
Сейчас команда работает над новым вариантом графена – с добавлением азота вместо аминных групп. Конечная цель учёных СГУ – поиск способов оптимальной функционализации графена с позиций применения в той или иной области сенсорики.
Исследования поддержаны грантом № 23–72–01122 Российского научного фонда (РНФ) и ведутся в рамках программы «Приоритет-2030». Подробности об исследовании опубликованы в журнале «Surfaces and Interfaces».
