Схема работы солнечного паруса

Фотография: electric-sailing.com // Antigravite // Szames

31.08.2015, 11:46

| Владимир Корягин, Николай Подорванюк

Создать электрический солнечный парус, новые источники света и мощные электрохимические аккумуляторы станет возможно после того, как российские ученые экспериментально подтвердили выдвинутую ими более 15 лет назад идею. Она описывала физический механизм, который объясняет особо высокую эффективность эмиссии электронов из наноструктурированных графеноподобных материалов.

Электрический солнечный парус, с помощью которого космические корабли и зонды будут лавировать среди бескрайнего космоса, перспективные источники света, новые разновидности оптоэлектронных и фотонных устройств и приборов объединяет одна деталь — разработанные российскими исследователями нанографитные пленки. Область применения нанографитных пленок довольно широка и не ограничивается названными примерами. Кроме того, что подобные пленки могут использоваться в качестве источников электронов, они также могут найти применение в создании перспективных электрохимических суперконденсаторов и батарей повышенной емкости.

Впервые российские исследователи смогли получить нанографитные пленки в 1998 году (статьи об этом вышли в том же году и годом позже), занимаясь исследованиями эмиссионных характеристик алмазных материалов. Последовательно улучшая их эмиссионные характеристики, ученые и пришли к заключению, что основной вклад в эмиссию электронов вносит не алмаз, а неалмазные включения в виде графитоподобного материала. Дополнительным фактором, обеспечивающим рекордную эффективность и стабильность эмиссии, оказалась особая форма этих включений в виде острий и лезвий, формирующихся благодаря изгибу листов графена, из которых они состоят. Сделанные на основе косвенных данных заключения послужили основой для создания экспериментальных установок и методов для получения пленок с необходимым составом и структурными характеристиками.

Изгиб листов графена

А.Образцов и др.

«В начале 1990-х годов бытовало мнение, что в качестве эффективных источников электронов (катодов) для применения в различных устройствах вакуумной электроники могут выступать алмазные материалы. Мы занялись улучшением эмиссионных свойств алмазных пленок и пришли к выводу, что в действительности их эмиссионные свойства определяются не алмазными графитными включениями, а значит, использование полностью не алмазного, а графитоподобного углерода может оказаться для целей создания катодов более эффективным», — рассказал профессор кафедры физики полимеров кристаллов физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Александр Образцов.

При создании и оптимизации таких графитоподобных пленок команда Александра Образцова пришла к заключению, что они должны состоять из наноразмерных структур в виде слоев атомов углерода, имеющих изгибы с нанометровым радиусом закругления.

«Несколько позже в широкий научный обиход вошло слово «графен» для обозначения изолированного слоя атомов углерода в графите.

Мы также начали использовать этот термин при описании свойств создаваемых нами пленок наряду с ранее использовавшимися «нанографит», «наностенки» и т.п., хотя, конечно, суть обнаруженного нами явления не зависит от использования таких модных слов, как «нано» или «графен», — уточнил ученый.

По его словам, нанографитные пленки и создаваемые на их основе автоэмиссионные катоды обладают рекордными характеристиками. В недавней работе, которая была опубликована в научном журнале Applied Physics Letters, Александр Образцов вместе с коллегами из Германии смогли получить прямые экспериментальные доказательства, подтверждающие высказанное им еще в 1998 году предположение о физическом механизме, обеспечивающем столь высокую эффективность эмиссии электронов из углеродных материалов.

«Нашу гипотезу 17 лет подвергали необоснованной критике. Мы доказали свою правоту объективными данными, чему очень рады», — рассказал Александр Образцов.

Источник