Графин (вещество)

Впервые предположения о существовании графина были высказаны в 1968 г[3]. В 1987 г при помощи квантовомеханических расчётов была показана возможность существования плоских углеродных структур, в которых половина атомов углерода имеет sp-гибридизацию и половина — sp²-гибридизацию, и построена первая теоретическая модель структуры графина[4]. Также было предсказано, что графин представляет собой широкозонный полупроводник и имеет нелинейные оптические свойства. На активность исследования графина существенно повлияло открытие фуллерена[5].

В 2010 г был экспериментально получен графин-2 (также называемый графдиин) при помощи in situ реакции Глазера[2].

Вследствие наличия sp-гибридизованных связей графин по своей структуре и свойствам значительно отличается от других аллотропных модификаций углерода[6]. Возможны три структуры графина: α-графин, где все три связи sp²-гибридизированных атомов с соседними атомами заменяются на карбиновые цепочки (с тройными связями), β-графин, где заменяются две связи, и γ-графин, где заменяется только одна связь[1][7][8]. Графдиин является наиболее стабильной из не встречающихся в природе аллотропных модификаций углерода, содержащих диацетиленовые связи[9].

При помощи молекулярной динамики было рассчитано, что модуль Юнга в плоскости листа составляет 532.5 ГПа и 629.4 ГПа в зависимости от направления растяжения[10]. На основании теории функционала плотности подвижность электронов составляет 2·10⁵ м²/(В·с) при комнатной температуре, а подвижность дырок на порядок ниже; ширина запрещённой зоны 0.46 эВ.

Экспериментально полученный графин-2 является полупроводником с удельной электропроводностью 2.516·10⁻⁴ См/м[2].

Металлосодержащие нанотрубки из графина могут использоваться для хранения водорода[8], в частности, в области накопления энергии, где проблема хранения водорода является узким местом[11]. Ленты из графина могут применяться в термо- и наноэлектронике[12], причём графин имеет линейный закон дисперсии носителей заряда (аналогично графену), но на основе расчётов с помощью теории функционала плотности в нём предсказана возможность создания ненулевой запрещённой зоны, что представляет большую трудность в случае графена[13]. Также графин может найти применение в разделении газов, что связано с характером пористой структуры графина π-сопряжением связей[6].