Исследователи из Университета Райса провели необычный эксперимент, показавший, что обыкновенная лампа накаливания конца XIX века способна производить современный высокопрочный материал — графен. Результаты работы опубликованы в престижном научном издании ACS Nano.

Графен, состоящий из одного слоя атомов углерода, отличается высокой прочностью, отличной проводимостью электричества и теплопроводностью. Сегодня этот материал активно применяется в различных областях науки и техники: от датчиков и микросхем до аккумуляторов нового поколения.

Один из способов получения графена — это мгновенный джоулев нагрев, при котором углеродные материалы разогреваются до температуры около 2000–3000 °C под воздействием электрического поля. Этот метод позволяет получать особый вид графена — турбостратный, обладающий уникальными свойствами.

Команда ученых во главе с профессором Джеймсом Туром решила выяснить, могли ли подобные процессы происходить внутри лампочек Томаса Эдисона. Дело в том, что ранние лампы использовали в качестве светоизлучающих элементов не металлические нити, а углеродные волокна, часто изготовленные из японского бамбука. Под действием электрического тока такие волокна сильно нагревались, достигая высоких температур, близких к современным условиям синтеза графена.

Для проверки гипотезы исследователи приобрели аутентичные лампочки, созданные по оригинальной технологии начала XX века. Углеродная нить одной из ламп была подсоединена к источнику постоянного тока напряжением 110 вольт и включена ровно на 20 секунд. Именно такая кратковременность нагрева необходима для образования именно графена, а не обычного графита.

После эксперимента ученые заметили изменение цвета нити: она приобрела характерный серебристый оттенок. Проведенные анализы методом рамановской спектроскопии подтвердили наличие на поверхности нити частиц турбостатического графена.

Однако данное открытие вовсе не значит, что Томас Эдисон целенаправленно занимался производством передовых наноматериалов. Любые следы графена исчезли бы вскоре после включения лампы на длительное время, поскольку высокая температура эксплуатации привела бы к разрушению тонких слоев материала.

Тем не менее исследование доказало удивительный факт: еще в конце XIX столетия человечество имело доступ к технологиям, позволяющим синтезировать вещества, ставшие впоследствии важнейшими компонентами современной электроники.