Графен: От теоретического парадокса к материалу будущего. Глубокий анализ получения, структуры, свойств и перспектив применения

В начале XXI века мир стал свидетелем беспрецедентного технологического рывка, обусловленного стремительным развитием нанотехнологий. Эта революция требует от науки и инженерии постоянного поиска новых, более совершенных материалов, способных преодолеть ограничения традиционных решений. В этом контексте графен — двумерная аллотропная модификация углерода, состоящая из одного атомарного слоя — предстает как один из самых многообещающих кандидатов, чьи уникальные свойства открывают горизонты для создания принципиально новых устройств и технологий.

Актуальность изучения графена обусловлена его выдающимися характеристиками: он является самым прочным известным материалом, обладает рекордной электро- и теплопроводностью, оптической прозрачностью и уникальными электронными свойствами, которые делают его краеугольным камнем для будущей электроники, энергетики, медицины и многих других отраслей. Интерес к графену не ослабевает, а лишь усиливается по мере того, как фундаментальные исследования открывают новые грани его потенциала, а инженеры ищут пути для его практического применения, что в конечном итоге ускоряет темпы инноваций и коммерциализации.

Цель настоящей курсовой работы — провести всестороннее и углубленное исследование графена, охватывая его историю от теоретического предвидения до экспериментального открытия, детальный анализ методов получения, изучение уникальной кристаллической структуры и аномальных физических и химических свойств, а также критическую оценку текущих и перспективных областей его применения. Особое внимание будет уделено технологическим барьерам, экологическим вызовам и экономическим аспектам, необходимым для успешного массового внедрения этого материала будущего.

В рамках данной работы будут рассмотрены следующие ключевые вопросы:

• История открытия графена и основные этапы его исследования, включая теоретические предпосылки и феномен преодоления теоремы Ландау-Пайерлса-Мермина-Вагнера.
• Основные методы синтеза графена, их принципы, преимущества и недостатки для различных приложений, а также экологичные подходы к его получению.
• Уникальная кристаллическая структура графена и ее влияние на аномальные электронные, механические и тепловые свойства, с углублением в квантово-механические аспекты.
• Фундаментальные физические и химические свойства графена, включая его реакционную способность, роль дефектов и возможности целенаправленной функционализации.
• Текущие и потенциальные области применения графена в различных отраслях, а также технологические барьеры, препятствующие их реализации.
• Экологические и экономические аспекты, которые необходимо учитывать при массовом производстве и внедрении графена, включая вопросы токсичности и рыночные тенденции.

Эта работа призвана не только систематизировать имеющиеся знания, но и подчеркнуть академическую глубину, необходимую для понимания этого революционного материала, что особенно важно для студентов и аспирантов технических и естественнонаучных специальностей.

История открытия графена: От теории к Нобелевской премии

Теоретические предпосылки и парадокс двумерности

История графена — это захватывающая одиссея от абстрактных математических моделей к экспериментальному воплощению, которая перевернула устоявшиеся представления о стабильности материалов, и демонстрирует, как научная проницательность может опережать технические возможности своего времени. Задолго до того, как его удалось выделить, ученые уже предвидели его существование и даже предсказывали некоторые из его необычных свойств. В 1947 году канадский физик Фил Уоллес (Philip R. Wallace) стал одним из пионеров, впервые рассчитав зонную структуру гипотетического монослоя графита. Его работы заложили фундамент для дальнейших теоретических изысканий, включая вклад Гордона Семеноффа (Gordon Semenoff) и Дункана Холдейна (Duncan Haldane), которые в 1980-х годах углубили понимание графена как уникального объекта для задач квантовой электродинамики, где электроны ведут себя как безмассовые релятивистские частицы. Термин «графен» для обозначения монослойного графита был официально предложен Бёмом (H. P. Boehm) и его коллегами в 1986 году, хотя тогда это было скорее концептуальное обозначение, чем описание реально существующего материала.

Однако на пути к экспериментальному получению графена стояло, казалось бы, непреодолимое теоретическое препятствие — так называемая теорема Ландау-Пайерлса-Мермина-Вагнера. В 1930-х годах великие физики-теоретики Лев Ландау и Рудольф Пайерлс, а затем Дэвид Мермин и Герберт Вагнер (в 1968 году) математически доказали, что строго двумерные кристаллы не могут существовать в свободном состоянии при конечных температурах. Согласно этой теореме, тепловые флуктуации (фононы с большой длиной волны) должны были бы разрушать дальний порядок в идеально плоской кристаллической решетке, делая ее термодинамически нестабильной. Это означало, что любые попытки создать стабильный монослойный материал были обречены на провал, и поэтому десятилетиями графен рассматривался как исключительно теоретическая конструкция, пригодная лишь для умозрительных экспериментов. Этот парадокс двумерности был одним из ключевых «слепых зон» в научном сообществе, которая существенно замедляла практические исследования, создавая убеждение в невозможности его существования.

Экспериментальное получение и мировое признание

Вопреки устоявшимся научным догмам, прорыв произошел в 2004 году, когда группа ученых из Манчестерского университета, возглавляемая Андреем Геймом и Константином Новосёловым, осуществила то, что многие считали невозможным — экспериментально получила графен. Их подход был удивительно прост и даже «домашн»: он основывался на механическом отщеплении слоев графита от высокоориентированного пиролитического графита с использованием обычной клейкой ленты, известного как метод «скотча». Эта, казалось бы, тривиальная техника позволила им выделить монослои графена, закрепив их на подложках из оксида кремния и впервые в истории наглядно продемонстрировать существование стабильного двумерного материала.

Открытие графена стало настоящей сенсацией в научном мире, поскольку оно опровергло многолетние теоретические убеждения о нестабильности двумерных кристаллов. Позднее было установлено, что графен не является идеально плоским, а обладает незначительной «гофрированностью» или «рябью» на атомном уровне, что позволяет ему обходить ограничения теоремы Ландау-Пайерлса-Мермина-Вагнера и сохранять свою термодинамическую стабильность. В этом и заключается ключевой нюанс: природа нашла способ обойти «невозможное», подтвердив, что двумерные материалы могут быть стабильными, если они не являются абсолютно плоскими.

Значение этого открытия было немедленно оценено мировым сообществом. Уже в 2010 году, всего через шесть лет после публикации первых результатов, Андрей Гейм и Константин Новосёлов были удостоены Нобелевской премии по физике «за новаторские эксперименты с двумерным материалом — графеном». Это стало одним из самых быстрых присуждений Нобелевской премии за всю ее историю, что красноречиво свидетельствует о революционном характере их работы и ее фундаментальном влиянии на физику конденсированного состояния и материаловедение. Работы Гейма и Новосёлова не только подарили миру новый материал, но и открыли целое направление в исследованиях двумерных систем, стимулировав поиски и других аналогичных материалов.

Методы синтеза графена: От лабораторного масштаба к промышленному производству

Разнообразие методов получения графена обусловлено как его уникальной структурой, так и стремлением ученых и инженеров к масштабированию производства для различных областей применения. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, определяющие его пригодность для конкретных задач — от высококачественных образцов для фундаментальных исследований до массового производства для промышленных нужд. Условно все методы можно разделить на две крупные группы: нисходящие (механическое отщепление) и восходящие (химическое осаждение из газовой фазы, восстановление оксида графена, эпитаксиальный рост).

Механическое отшелушивание (метод «скотча»)

Принцип метода: Этот метод, ставший историческим для открытия графена, основан на физическом расслоении слоев графита. Суть заключается в использовании клейкой ленты для последовательного отщепления тонких чешуек графита от высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ). Затем эти чешуйки многократно расслаиваются путем повторного наклеивания и отрывания ленты, пока не будут получены монослойные фрагменты графена. Полученные слои графена переносятся на подходящую подложку, например, на подложку из SiO₂/Si, где их можно исследовать с помощью оптической микроскопии или атомно-силовой микроскопии.

Преимущества: Главным и неоспоримым преимуществом механического отшелушивания является возможность получения монослоев графена наивысшего качества. Такие образцы обладают минимальным количеством дефектов, высокой кристаллической чистотой и идеальной морфологией, что делает их незаменимыми для фундаментальных исследований электронных, оптических и механических свойств, а также для создания прототипов высокочувствительных устройств.

Недостатки: Несмотря на высочайшее качество, метод «скотча» крайне трудоемок, требует ручной работы и характеризуется малым выходом целевого продукта. Это делает его абсолютно непригодным для масштабного производства. Каждый образец уникален, а воспроизводимость процесса крайне низка, что ограничивает его применение исключительно лабораторными исследованиями.

Химическое осаждение из газовой фазы (CVD)

Принципы: Метод химического осаждения из газовой фазы (Chemical Vapor Deposition, CVD) является одним из наиболее перспективных для получения графена в больших масштабах. Его суть заключается в выращивании тонких графеновых пленок на поверхности каталитического металла (наиболее часто используются никелевая или медная фольга) в вакуумной камере при высоких температурах, обычно в диапазоне 850-1000 °C. В качестве источника углерода используются углеводороды, такие как метан (CH₄) или ацетилен (C₂H₂), которые разлагаются на поверхности катализатора. Атомы углерода растворяются в металле, а затем, при охлаждении или изменении концентрации, выкристаллизовываются на поверхности в виде графеновой пленки.

Преимущества: CVD-метод позволяет получать очень однородные поликристаллические пленки графена значительных размеров, что является критически важным для промышленного производства. Он обеспечивает высокую чистоту процесса и возможность контроля над толщиной и качеством графенового слоя. Это делает его предпочтительным для создания графеновых пленок, например, для прозрачных проводящих электродов или гибкой электроники.

Недостатки: Качество CVD-графена, как правило, уступает механически отщепленному, поскольку поликристаллическая структура может содержать границы зерен и другие дефекты. Кроме того, процесс часто требует переноса графеновой пленки с каталитической подложки на целевую, что является сложным этапом и может приводить к появлению загрязнений и механических повреждений.

Восстановление оксида графена (ВОГ)

Принцип: Восстановление оксида графена (ВОГ) является одним из наиболее распространенных и экономически эффективных подходов к получению графена в макроскопических количествах, в том числе в виде дисперсий или порошков. Процесс начинается с окисления кристаллического графита (например, по методу Хаммерса или его модификациям) до оксида графена (ОГ). Оксид графена обладает множеством кислородсодержащих функциональных групп (гидроксильные, карбоксильные, эпоксидные), которые делают его гидрофильным и позволяют легко диспергировать в воде, образуя стабильные коллоидные растворы. Затем оксид графена восстанавливается до восстановленного оксида графена (ВОГ) химическим (например, с использованием гидразина, аскорбиновой кислоты, борогидрида натрия) или термическим путем при высоких температурах (например, в инертной атмосфере).

Преимущества: Это относительно простая и недорогая технология, хорошо масштабируемая для массового производства. Хорошая растворимость оксида графена в воде значительно упрощает его обработку и дальнейшую функционализацию. Метод позволяет получать графеновые материалы в больших объемах для применения в композитах, сенсорах и накопителях энергии.

Недостатки: Графен, полученный этим методом, часто содержит остаточные кислородсодержащие группы и структурные дефекты, которые могут ухудшать его электропроводность и другие физические свойства по сравнению с «идеальным» графеном. Физико-химические характеристики ВОГ сильно зависят от условий восстановления, что требует точного контроля параметров процесса.

Экологичные методы получения оксида графена: Традиционные методы получения оксида графена, такие как метод Хаммерса, используют сильные окислители (например, концентрированную серную кислоту, перманганат калия, нитрат натрия), которые являются агрессивными и создают значительные экологические риски. Однако разработаны более экологичные и «зеленые» методики, например, электрохимическое окисление графита. Этот метод позволяет избежать использования опасных химикатов, снижает количество дефектов в структуре графена, обладает масштабируемостью и более низкой стоимостью. Электрохимическое окисление обеспечивает более равномерное заполнение межслоевых пространств графита интеркалатом и может быть значительно быстрее, занимая всего несколько секунд на стадии окисления. Это означает, что переход к более устойчивым методам производства критически важен для широкого внедрения графена без ущерба для экологии.

Эпитаксиальный рост на карбиде кремния (SiC)

Принцип: Эпитаксиальный рост графена на карбиде кремния (SiC) — это еще один метод, позволяющий получать высококачественные графеновые пленки. Он основан на термическом разложении поверхности подложки из SiC в вакууме или при контролируемом давлении аргона при очень высоких температурах (1500-2000 °C). При таких условиях атомы кремния испаряются с поверхности, а атомы углерода остаются и перестраиваются, образуя гексагональную графеновую решетку.

Преимущества: Ключевое преимущество этого метода заключается в том, что графен синтезируется непосредственно на непроводящей подложке (SiC), которая может служить полупроводниковым основанием для электронных устройств. Это исключает необходимость трудоемкого и часто повреждающего процесса переноса графена, что позволяет использовать его сразу в наноэлектронных устройствах. Получаемый графен обладает высокой кристаллической чистотой и хорошей адгезией к подложке.

Недостатки: Качество образцов графена, полученных эпитаксиальным методом, сильно зависит от совершенства структуры исходного кристалла SiC, который сам по себе является дорогим материалом. Кроме того, может наблюдаться непостоянство числа графеновых слоев на разных участках подложки, что затрудняет получение строго однослойного графена большой площади.

Уникальная кристаллическая структура и аномальные свойства графена

Глубокое понимание выдающихся характеристик графена невозможно без детального изучения его уникальной кристаллической структуры. Именно эта атомная архитектура, вкупе с особенностями химических связей, определяет аномальные электронные, механические, тепловые и оптические свойства, которые делают графен материалом беспрецедентного потенциала.

Кристаллическая структура

Графен представляет собой идеальный двумерный кристалл – плоский монослой атомов углерода, расположенных в вершинах правильных шестиугольников, образующих гексагональную (сотовую) решетку. Это единственная атомарная плоскость графита, из которой состоят слоистые структуры таких материалов, как графит, углеродные нанотрубки и фуллерены.

Ключевой особенностью химической связи в графене является sp²-гибридизация атомов углерода. Каждый атом углерода образует три ковалентные сигма (σ)-связи с соседними атомами углерода, располагаясь в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Эти σ-связи являются очень прочными и формируют скелет гексагональной решетки. Четвертый валентный электрон каждого атома углерода находится на p_z-орбитали, перпендикулярной плоскости графена. Эти p_z-орбитали перекрываются между собой, образуя делокализованную систему пи (π)-связей, которая простирается по всей поверхности графена. Именно эти π-электроны и отвечают за многие уникальные электронные свойства графена.

Геометрические параметры кристаллической решетки графена точно определены:

• Расстояние между ближайшими атомами углерода (длина связи C-C) в шестиугольниках составляет 0,142 нм. Это значение немного меньше, чем длина связи C-C в бензоле (0,139 нм) и значительно меньше, чем в алмазе (0,154 нм), что указывает на высокую прочность и частичный характер двойной связи.
• Постоянная решетки (a), которая представляет собой расстояние между центрами соседних шестиугольников, равна a = &sqrt;3 · L ≈ 0,246 нм, где L — длина связи между атомами углерода (0,142 нм).

Таблица 1: Основные структурные параметры графена

Параметр	Значение	Единица измерения
Толщина слоя	1	атом
Гибридизация атомов углерода	sp2	—
Длина связи C-C	0,142	нм
Постоянная решетки (a)	0,246	нм
Тип кристаллической решетки	Гексагональная	—

Электронные свойства

Электронные свойства графена стали главной причиной его стремительного восхождения в мире науки и технологий. Активные исследования этих выдающихся характеристик начались сразу после экспериментального открытия в 2004 году.

• Высочайшая подвижность носителей заряда: Графен обладает рекордно высокой подвижностью электронов — до 1 000 000 см²/(В·с) при комнатной температуре. Это значение в 1000 раз превышает подвижность электронов в кремнии (около 1400 см²/(В·с)) и является одним из самых высоких среди всех известных материалов. Такая подвижность позволяет электронам перемещаться практически без рассеяния, обеспечивая сверхбыстрый транспорт заряда.
• Высокая плотность электрического тока: Графен способен выдерживать чрезвычайно высокую плотность электрического тока — в миллион раз больше, чем у меди. Это свойство делает его идеальным кандидатом для создания миниатюрных электронных компонентов, способных работать при высоких нагрузках без перегрева.
• Удельная проводимость: Несмотря на высокую подвижность, удельная проводимость графена не так высока, как у металлов, и сопоставима с медью только при оптимизации геометрии. Сопротивление квадрата графена размером 10×10 мм и толщиной в один атом составляет около 500 Ом, что эквивалентно удельному сопротивлению приблизительно 1,675 · 10^-7 Ом·м.
• Дираковские фермионы и линейная дисперсия: Самая захватывающая особенность электронных свойств графена заключается в поведении его электронов. Они ведут себя как безмассовые релятивистские частицы, известные как фермионы Дирака, описываемые уравнением Дирака. В отличие от обычных электронов в полупроводниках, где энергия квадратично зависит от волнового вектора, в графене электронный спектр характеризуется наличием так называемых точек Дирака, где валентная и проводящая зоны касаются друг друга. Около этих точек энергия электронов линейно зависит от волнового вектора k. Дисперсионное соотношение описывается формулой:
  E(k) = ±ℏvF|k|
  где ℏ — приведенная постоянная Планка, vF — фермиевская скорость (примерно 10⁶ м/с, что составляет около 1/300 скорости света), а |k| — модуль волнового вектора.
• Нулевая запрещенная зона: Эта линейная дисперсия означает, что графен является полупроводником с нулевой запрещенной зоной. Это свойство, с одной стороны, обеспечивает его высокую проводимость, но с другой — усложняет создание транзисторов, требующих управляемого включения/выключения (поскольку нет энергетического барьера для остановки тока).
• Независимость подвижности от температуры: Удивительно, но подвижность электронов в графене практически не меняется с температурой, что указывает на крайне низкое рассеяние носителей заряда даже при высоких температурах.

Механические свойства

Графен демонстрирует поистине феноменальные механические свойства, делающие его самым прочным материалом в мире для своей толщины.

• Исключительная прочность: Графен в 200 раз прочнее стали. Для сравнения, лист графена площадью 1 квадратный метр выдерживает нагрузку в несколько килограммов, при этом будучи практически невидимым.
• Высокий модуль Юнга: Модуль Юнга графена составляет более 1 ТПа (Терапаскаль), что значительно выше, чем у любого другого известного материала. Этот показатель характеризует жесткость материала и его сопротивление упругой деформации.
• Прочность на разрыв: Прочность на разрыв графена достигает 42 Н/м.
• Обусловленность прочности: Исключительная прочность и жесткость графена обусловлены стабильностью и силой sp²-связей в его гексагональной решетке, а также плотной упаковкой атомов.
• Гибкость и эластичность: Несмотря на свою невероятную прочность, графен также обладает высокой гибкостью и эластичностью, что позволяет ему выдерживать значительные деформации без разрушения. Это свойство открывает широкие перспективы для создания гибкой электроники и композитных материалов.

Таблица 2: Сравнение механических свойств графена с другими материалами

Материал	Прочность на разрыв (ГПа)	Модуль Юнга (ТПа)
Графен	130	1
Сталь	0,25-2,5	0,2
Алюминий	0,09-0,5	0,07
Кевлар	3,6	0,12

Примечание: Для графена прочность часто приводится в Н/м, для перевода в ГПа необходимо учитывать толщину слоя. Указанное значение 130 ГПа является расчетным для одноатомного слоя.

Тепловые свойства

В области тепловых свойств графен также устанавливает рекорды.

• Рекордно высокая теплопроводность: Графен демонстрирует самую высокую теплопроводность среди всех известных материалов, достигающую до 5000 Вт/(м·К) при комнатной температуре. Для сравнения, теплопроводность меди составляет около 400 Вт/(м·К), а алмаза — около 2000 Вт/(м·К).
• Механизм теплопроводности: Столь высокая теплопроводность связана с чрезвычайно эффективной передачей тепловой энергии посредством фононов (квантов колебаний решетки) по двумерной решетке. Низкое рассеяние фононов и их высокая скорость распространения в идеальной гексагональной структуре обеспечивают беспрецедентный отвод тепла. Это свойство делает графен идеальным материалом для теплоотводов и термоинтерфейсов в высокопроизводительной электронике.

Оптические свойства

Оптические свойства графена также уникальны и обусловлены его электронным спектром.

• Оптическая прозрачность: Графен оптически прозрачен в очень широком диапазоне электромагнитного излучения — от ультрафиолета до дальнего инфракрасного излучения. Это делает его идеальным для создания прозрачных электродов и оптоэлектронных устройств.
• Универсальный коэффициент поглощения: Удивительным свойством графена является то, что один его слой поглощает ровно π·α видимого света, где α — универсальная постоянная тонкой структуры (α = e2/(ℏc) ≈ 1/137, где e — элементарный заряд, ℏ — приведенная постоянная Планка, c — скорость света). Это составляет примерно 2,3% видимого света, независимо от длины волны. Таким образом, графен почти полностью прозрачен.
• Связь с фермионами Дирака: Это уникальное свойство определяется зонной структурой графена и необычным взаимодействием между электромагнитным излучением и безмассовыми фермионами Дирака. Оно обусловлено квантовыми эффектами и является прямым следствием его двумерности и линейной дисперсии энергии.

Химические свойства и модификации графена: Расширяя горизонты применения

Несмотря на кажущуюся инертность, графен обладает сложными химическими свойствами, которые значительно расширяют его потенциал. Его двумерная структура обеспечивает уникальную доступность каждого атома для взаимодействия, а наличие дефектов и краев играет критическую роль в его реакционной способности. Понимание этих аспектов открывает путь к целенаправленной функционализации и созданию производных материалов с адаптированными свойствами.

Реакционная способность и роль дефектов

Общая химическая инертность графена приписывается его совершенной sp²-гибридизованной структуре, где все валентные электроны атомов углерода участвуют в прочных ковалентных связях, а π-электронная система делокализована по всей плоскости. Однако, это не означает, что графен полностью лишен химической активности. Напротив, каждый атом углерода в его однослойной структуре доступен для реакции смешения с разных сторон, что делает его потенциально очень реакционноспособным при определенных условиях.

Ключевую роль в химической реакционной способности графена играют его края и дефекты.

• Краевые эффекты: Частицы на краях листа графена обладают уникальной химической реакционной способностью, которая сильно зависит от формы и химического состояния этих краев (например, зигзагообразные или кресельные). Вблизи зигзагообразных краев стабилизируется специфическая π-электронная зона с острым максимумом плотности состояний. Эта локализованная электронная структура может инициировать нетривиальные физические явления, такие как магнитное упорядочение или даже сверхпроводимость, а также является активными центрами для химической адсорбции и реакций. Химическая функционализация именно этих краевых участков может радикально изменить свойства графена, направляя его поведение в нужное русло для катализа или сенсорики.
• Дефекты: Примеси и структурные дефекты внутри листа графена значительно увеличивают его реакционную способность. Дефекты действуют как активные участки для адсорбции молекул, ионного или электронного обмена. К наиболее распространенным структурным дефектам относятся:
  • Вакансии: одиночные или двойные отсутствующие атомы углерода, которые создают «дырки» в решетке и локальные нарушения электронного спектра.
  • Дефекты Стоуна-Уэльса: образование пяти- и семичленных колец вместо шестиугольников, что изменяет локальную геометрию и электронную структуру.
  • Примесные гетероатомы: замещение атомов углерода другими атомами, такими как азот (N), бор (B) или кислород (O). Например, допирование азотом может изменить электронные свойства графена, создавая n-тип проводимости.
  • Кислородсодержащие функциональные группы: в восстановленном оксиде графена (ВОГ) часто остаются такие группы, как -O- (эпоксидные), -OH (гидроксильные) или -COOH (карбоксильные) группы, которые являются активными центрами для дальнейшей функционализации и значительно ускоряют перенос заряда на границе графен-раствор, что критически важно для электрохимических сенсоров и катализаторов.

Функционализация и производные графена

Способность графена образовывать различные соединения и быть функционализированным открывает перед ним новые горизонты применения, позволяя «настраивать» его свойства под конкретные нужды.

• Графан (Graphane): Одним из наиболее известных производных является графан — полностью гидрированный графен. В графане гибридизация всех атомов углерода изменяется с плоской sp² на тетраэдрическую sp³. Это приводит к тому, что атомы водорода присоединяются с двух сторон графенового листа, нарушая его плоскую структуру и создавая изогнутые связи C-H. Переход от графена к полностью гидрированному графану через промежуточные частично гидрированные структуры приводит к плавным изменениям электронных свойств материала, превращая проводник (графен) в диэлектрик (графан). Это свойство может быть использовано для создания новых типов электронных компонентов, включая переключатели и изоляторы. Графан также перспективен для хранения водорода в графен-гидридных топливных элементах.
• Графеновые квантовые точки (GQD): Это фрагменты графена размером менее 10 нм, которые проявляют квантово-размерные эффекты. GQD обладают уникальными оптическими свойствами (флуоресценция) и могут быть использованы в биоимиджинге, фотовольтаике, светоизлучающих диодах (LED) и различных электронных устройствах.
• Другие производные: Помимо графана, графен может быть функционализирован другими атомами или молекулярными группами (например, галогенами, аминогруппами, биосовместимыми полимерами) для придания ему специфических свойств, таких как повышенная диспергируемость, избирательная адсорбция или улучшенная биосовместимость.

Биосовместимость графена

Важным свойством графена, которое является ключевым для его применения в медицине и биотехнологиях, является его биосовместимость. Чистый графен и некоторые его функционализированные производные демонстрируют относительно низкую цитотоксичность и хорошо взаимодействуют с биологическими системами, что делает их привлекательными для создания биосенсоров, систем доставки лекарств и материалов для тканевой инженерии. Однако, как будет рассмотрено далее, вопросы токсичности графена и оксида графена требуют тщательного изучения и контроля, поскольку некоторые формы могут проявлять нежелательное воздействие на клетки. Как мы можем обеспечить максимальную безопасность при использовании этого материала в таких критически важных областях?

В целом, химические свойства графена, особенно его реакционная способность на краях и дефектах, а также широкие возможности для функционализации, открывают огромные перспективы для создания материалов с заданными характеристиками, что является краеугольным камнем для его будущих технологических приложений.

Области применения графена: Перспективы и инновации

Уникальная комбинация экстраординарных электронных, механических, тепловых и оптических свойств делает графен кандидатом на роль материала, способного произвести революцию в самых разных отраслях. От электроники и энергетики до медицины и экологии – его потенциал огромен и продолжает раскрываться в ходе интенсивных исследований.

Электроника и нанотехнологии

Графен рассматривается как краеугольный камень для «посткремниевой эры» в электронике. Его выдающаяся подвижность носителей заряда и способность выдерживать сверхвысокие плотности тока открывают путь к созданию следующего поколения электронных компонентов:

• Сверхбыстрые транзисторы: Благодаря высокой скорости электронов (как безмассовых фермионов Дирака), графеновые транзисторы теоретически способны работать на гораздо более высоких частотах, чем кремниевые, что позволит создавать процессоры нового поколения с беспрецедентной производительностью.
• Гибкая электроника: Прочность, гибкость и прозрачность графена делают его идеальным материалом для создания гибких и растяжимых электронных устройств, таких как сворачиваемые дисплеи, носимые датчики и электронные текстили.
• Прозрачные сенсорные экраны: Графен может заменить индий-оловянный оксид (ITO) в прозрачных токопроводящих покрытиях для сенсорных экранов смартфонов, планшетов и других устройств, предлагая лучшую гибкость, механическую прочность и, возможно, более низкую стоимость в будущем.
• Замена кремния в интегральных микросхемах: Хотя проблема нулевой запрещенной зоны усложняет создание эффективных переключателей, активные исследования ведутся в направлении модификации графена (например, путем создания нанолент или гетероструктур) для получения управляемой запрещенной зоны, что позволит ему стать основой для интегральных микросхем будущего.
• Газовые сенсоры: Высокая электропроводность графена и его исключительные адсорбционные характеристики делают его идеальным для создания сверхчувствительных газовых сенсоров. Даже незначительная адсорбция молекул газа на поверхности графена вызывает заметное изменение его электропроводности, что позволяет детектировать малые концентрации токсичных газов или взрывчатых веществ.
• Детекторы терагерцового излучения: Однослойные графеновые пленки и нанополосы являются перспективными материалами для разработки высокоэффективных детекторов терагерцового излучения, что имеет значение для безопасности, медицины и коммуникаций.

Энергетика

Графен может сыграть ключевую роль в развитии технологий хранения и преобразования энергии.

• Аккумуляторы и суперконденсаторы: Благодаря своей высокой удельной поверхности, отличной электропроводности и механической прочности, графен используется для создания материалов электродов для аккумуляторов (например, литий-ионных) и суперконденсаторов. Графеновые аккумуляторы обещают быструю зарядку, увеличенную емкость и более долгий срок службы.
• Топливные элементы: Графан (гидрированный графен) может найти применение в графен-гидридных топливных элементах, где он может эффективно хранить водород — экологически чистое топливо будущего.

Медицина и биотехнологии

Биосовместимость и уникальные свойства графена открывают беспрецедентные возможности в медицине и биотехнологиях.

• Биосенсоры: Графеновые биосенсоры обладают невероятной точностью и чувствительностью для обнаружения ДНК, белков, ферментов, отдельных биологических молекул и даже для ранней диагностики рака на молекулярном уровне. Их высокая площадь поверхности и электропроводность обеспечивают эффективное взаимодействие с биомолекулами.
• Системы адресной доставки лекарств: Оксид графена, благодаря своей растворимости и возможности функционализации, активно исследуется как наноноситель для адресной доставки противораковых препаратов, нуклеотидов и других терапевтических агентов непосредственно к пораженным клеткам, минимизируя побочные эффекты.
• Имплантаты нового поколения: Графен и его производные могут использоваться для создания антибактериальных покрытий для медицинских имплантатов, снижая риск инфекций. Их биосовместимость также позволяет использовать их в качестве каркасов для заживления повреждений нервной ткани.
• Фототермическое уничтожение опухолей: Наночастицы графена способны поглощать свет в ближнем инфракрасном диапазоне и преобразовывать его в тепло, что используется для фототермического уничтожения опухолей с минимальным повреждением здоровых тканей.
• Тканевая инженерия и регенеративная медицина: Графен и оксид графена показали способность ускорять рост, дифференцировку и пролиферацию стволовых клеток. Это делает их перспективными материалами для создания биосовместимых каркасов (скаффолдов) в тканевой инженерии, способствующих регенерации поврежденных органов и тканей.

Композитные материалы

Включение графена в различные материалы позволяет создавать композиты с улучшенными свойствами.

• Усиление прочности и легкости: Графен используется как усиливающий компонент в полимерах, металлах и керамике, значительно повышая их механическую прочность, жесткость, легкость и устойчивость к коррозии. Например, добавление небольшого количества графена в пластик может сделать его значительно прочнее и легче.
• Сверхлегкие проводники: В авиации и космосе графен может использоваться для создания сверхлегких и прочных композитов, а также легких проводников, снижая вес конструкций и улучшая их характеристики.
• Улучшение бетона: Добавление графена в бетон может повысить его прочность, долговечность и снизить проницаемость для воды, что увеличит срок службы строительных конструкций.

Экология

Графен также находит применение в решении актуальных экологических проблем.

• Фотокатализаторы: Графен и его композиты с полупроводниковыми наночастицами (например, TiO₂) могут использоваться как высокоэффективные фотокатализаторы для разрушения атмосферных загрязнений, таких как оксиды азота и углерода, а также для очистки воды от органических загрязнителей под действием солнечного света.
• Фильтрация воды: Мембраны на основе оксида графена демонстрируют высокую эффективность в фильтрации воды, удаляя загрязнители, соли и даже вирусы, что обещает революцию в системах очистки воды.

Технологические барьеры, экологические и экономические аспекты внедрения графена

Несмотря на революционный потенциал графена, его широкое внедрение в повседневную жизнь и промышленность сталкивается с рядом серьезных технологических, экологических и экономических вызовов. Понимание этих барьеров является критически важным для разработки стратегий их преодоления.

Технологические барьеры и масштабирование производства

Основным препятствием для широкого внедрения графена является трудность получения его в промышленных масштабах с высоким качеством и приемлемой стоимостью.

• Высокая стоимость и сложность производства: Технология изготовления высококачественного графена, особенно для электронных применений, остается очень дорогой и недостаточно отработанной. Например, стоимость графена, полученного методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), который является одним из наиболее масштабируемых, для промышленных линий может составлять примерно 1000 долларов США за квадратный метр. Это делает его неконкурентоспособным по сравнению с традиционными материалами для большинства массовых применений.
• Лабораторный масштаб производства: В России, например, 99% производства графена приходится на лабораторные партии, что наглядно демонстрирует отсутствие развитых промышленных линий и необходимость значительных инвестиций в масштабирование технологий. Производственные мощности в большинстве стран мира также ограничены, а методы, обеспечивающие высокое качество (например, эпитаксиальный рост), часто требуют дорогостоящего оборудования и специальных подложек.
• Трудоемкость механического отщепления: Метод механического отщепления, хотя и дает графен наивысшего качества, чрезвычайно трудоемок и не масштабируем. Значительная часть времени и усилий уходит на процесс расслаивания углерода и получение монослойных графеновых пленок, что делает его непригодным для любого массового производства.
• Контроль дефектов и однородности: При масштабировании производства (например, при использовании CVD или ВОГ) возникает проблема контроля над количеством и типом дефектов, а также над однородностью графеновых пленок по площади и толщине. Эти параметры критически влияют на конечные свойства материала и его пригодность для высокотехнологичных приложений.

Экологические аспекты и вопросы токсичности

По мере роста интереса к графену и расширения его потенциальных применений, все острее встает вопрос о его экологической безопасности и потенциальной токсичности для живых организмов.

• Токсичные свойства графена и оксида графена: Исследования показывают, что графен и его производные, особенно оксид графена, могут обладать токсичными свойствами. Острые кромки нанопластинок графена способны легко проникать сквозь клеточные мембраны, нарушая нормальную деятельность клеток. Это механическое повреждение может быть одной из причин цитотоксичности.
• Механизмы клеточного взаимодействия: Токсичность графена и оксида графена является одной из основных проблем, требующих тщательного изучения механизмов клеточного поглощения и взаимодействия с тканями. Направленность этого взаимодействия с клетками иммунной системы, например, определяется множеством параметров:
  • Размер и форма наночастиц: Прямой и латеральный размер нанопластинок, а также их 3D-конфигурация (например, плоские листы против свернутых частиц) влияют на их способность проникать в клетки.
  • Степень окисления и функционализация: Наличие и тип кислородсодержащих функциональных групп (в случае оксида графена), а также функционализация поверхности биосовместимыми полимерами или аминогруппами, могут существенно влиять на цитотоксичность.
  • Количество слоев: Однослойный графен и многослойный графен могут по-разному взаимодействовать с клетками.
• Повреждение органелл и оксидативный стресс: Нанопластинки графена могут проникать в цитозоль клеток и повреждать внутриклеточные органеллы, включая митохондрии, нарушая их функции. Кроме того, взаимодействие графена с клетками может вызывать увеличение уровня активных форм кислорода (АФК), что приводит к оксидативному стрессу и повреждению ДНК.
• Снижение цитотоксичности: Предварительные результаты показывают, что физико-химические свойства тесно связаны с цитотоксичностью. Это означает, что путем контроля размеров, формы, степени окисления и, главное, функционализации поверхности графеновых материалов можно значительно снизить их токсичность. Например, покрытие оксида графена биосовместимыми полимерами или аминогруппами может сделать его гораздо безопаснее для биологических систем.
• Экологически безопасные методы получения: Разработка методов получения оксида графена, безопасных для окружающей среды (например, электрохимическое окисление), является важным шагом к снижению негативного воздействия его производства на природу и человека.

Экономические перспективы и рыночные тенденции

Для широкого внедрения графена критически важно создать возможность его массового производства в высоком качестве, используя недорогие и экологичные методы.

• Текущее состояние рынка: Несмотря на ранние заявления о скорой технологической революции, ее полное наступление с графеном пока не произошло. Однако это не означает отсутствия прогресса. За последнее десятилетие разработано более 90 коммерческих продуктов на основе графена. Они включают в себя такие разнообразные товары, как высокопроизводительные смазочные масла, профессиональные теннисные ракетки (например, HEAD Graphene), спортивная обувь, легкие и прочные велосипеды, автомобильные шины с улучшенными характеристиками (например, Vittoria Graphene), а также фильтры для воды и теплопроводящие пленки.
• Прогнозы роста рынка: Мировой рынок графена демонстрирует устойчивый рост. В 2023 году он оценивался в 720.7 млн долларов США и, согласно прогнозам Kings Research, достигнет 2585.2 млн долларов США к 2031 году, увеличиваясь со среднегодовым темпом роста (CAGR) в 17.58% с 2024 по 2031 год. Российский рынок графена также показывает положительную динамику: в 2023 году он составил 100–115 млн рублей, а к 2030 году прогнозируется рост до 1–1.5 млрд рублей при CAGR 30–40%. При этом ежегодное производство в России составляет около 40 тонн.
• Инвестиции и исследования: Значительные инвестиции в исследования и разработки, а также государственная поддержка программ по нанотехнологиям, будут способствовать снижению стоимости производства графена и улучшению его качества, открывая новые рынки. Развитие более эффективных и экономичных методов синтеза, таких как рулонное CVD-производство, является ключевым для достижения этой цели.

Таблица 3: Обзор мирового и российского рынка графена

Показатель	Мировой рынок (2023)	Мировой рынок (прогноз 2031)	Российский рынок (2023)	Российский рынок (прогноз 2030)
Объем рынка	720,7 млн USD	2585,2 млн USD	100–115 млн руб.	1–1,5 млрд руб.
CAGR (2024-2031)	17,58%	—	—	30–40%
Годовое производство (Россия)	—	—	около 40 тонн	—

В целом, графен находится на переломном этапе своего развития. Преодоление технологических барьеров, тщательное изучение и управление экологическими рисками, а также развитие экономически эффективных методов производства станут определяющими факторами для его полноценного перехода из лабораторий в массовое промышленное применение.

Заключение

Графен, эта удивительная двумерная аллотропная модификация углерода, продолжает оставаться одним из самых захватывающих объектов исследования в современном материаловедении. Его путь от теоретического предсказания, оспариваемого десятилетиями фундаментальными законами физики (такими как теорема Ландау-Пайерлса-Мермина-Вагнера), до экспериментального открытия Андреем Геймом и Константином Новосёловым и получения Нобелевской премии в 2010 году, является ярким примером того, как научное любопытство и настойчивость способны перевернуть устоявшиеся парадигмы.

В ходе данной работы мы детально рассмотрели ключевые аспекты графена. Его уникальная кристаллическая структура, основанная на sp²-гибридизации атомов углерода в гексагональной решетке, определяет беспрецедентный набор свойств:

• Электронные: Рекордная подвижность носителей заряда, поведение электронов как безмассовых фермионов Дирака с линейной дисперсией энергии, отсутствие запрещенной зоны — все это обещает революцию в высокоскоростной электронике.
• Механические: Графен в 200 раз прочнее стали, обладая при этом исключительной гибкостью и модулем Юнга более 1 ТПа, что открывает двери для сверхпрочных и легких композитов.
• Тепловые: Рекордно высокая теплопроводность (до 5000 Вт/(м·К)) делает его идеальным материалом для эффективного теплоотвода.
• Оптические: Уникальная прозрачность и универсальный коэффициент поглощения (2,3% видимого света) позволяют использовать его в прозрачной электронике и оптоэлектронике.

Разнообразие методов синтеза, от лабораторного механического отшелушивания до масштабируемых CVD-технологий и восстановления оксида графена, подчеркивает стремление к промышленному внедрению. Особое внимание было уделено перспективным экологически чистым методам получения оксида графена, таким как электрохимическое окисление, которые минимизируют вред для окружающей среды. Химическая инертность графена, в сочетании с высокой реакционной способностью его краев и дефектов, а также возможностью целенаправленной функционализации (например, получение графана или графеновых квантовых точек), расширяет его применимость, позволяя создавать материалы с адаптированными свойствами для конкретных задач.

Области применения графена охватывают практически все высокотехнологичные секторы: от сверхбыстрых транзисторов и гибких сенсорных экранов в электронике, до высокоэффективных аккумуляторов и суперконденсаторов в энергетике. В медицине графен и его производные обещают революцию в биосенсорике, адресной доставке лекарств, тканевой инженегии и противораковой терапии. Он также находит применение в производстве сверхпрочных композитных материалов и в экологических технологиях, таких как фотокатализ и очистка воды. Какие из этих направлений покажут наибольший прорыв в ближайшее десятилетие?

Однако, несмотря на огромный потенциал, широкое внедрение графена сталкивается с существенными барьерами. Технологические вызовы, связанные с масштабированием производства высококачественного графена при приемлемой стоимости (например, 1000 долларов за квадратный метр CVD-графена), остаются ключевыми. Экологические и токсикологические аспекты, включая потенциальное повреждение клеток острыми кромками нанопластинок и роль оксидативного стресса, требуют дальнейших исследований и разработки стратегий по снижению цитотоксичности через функционализацию.

Тем не менее, экономические прогнозы остаются оптимистичными: мировой рынок графена, оцениваемый в 720.7 млн долларов в 2023 году, по прогнозам, вырастет до 2585.2 млн долларов к 2031 году. Это свидетельствует о растущем интересе и коммерциализации графена, который уже нашел применение в более чем 90 коммерческих продуктах.

В заключение, графен является не просто новым материалом, а фундаментальным открытием, открывающим огромные перспективы для будущих технологических революций. Дальнейшие исследования, направленные на преодоление технологических и экологических барьеров, а также развитие экономически эффективных методов производства, позволят полностью раскрыть его потенциал и утвердить графен в качестве одного из краеугольных камней материаловедения XXI века.

Список использованной литературы

1. Агеев, О.А. Исследование электрических свойств полимерных нанокомпозитов на основе графена / О.А. Агеев, Ю.Н. Варзарев, В.А. Смирнов, Ю.В. Сюрик, Н.И. Сербу // Известия Южного федерального университета. Технические науки. – 2011. – Т. 117, № 4. – С. 77–85.
2. Булатова, И.М. Графен: свойства, получение, перспективы применения в нанотехнологии и нанокомпозитах / И.М. Булатова // Вестник Казанского технологического университета. – 2011. – № 10. – С. 45–48.
3. Гутман, В. Химия координационных соединений в неводных растворах. – М.: Мир, 1971. – 220 с.
4. Зиатдинов, А.М. Нанографены и нанографиты: синтез, строение и электронные свойства / А.М. Зиатдинов // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. – 2006. – № 5. – С. 57–64.
5. Котов, О.В. Новый материал — графен: свойства и возможные применения / О.В. Котов, Ю.Е. Лозовик // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. – 2009. – Т. 9, № 2. – С. 33–34.
6. Лозовик, Ю.Е. Коллективные электронные явления в графене / Ю.Е. Лозовик, С.П. Меркулова, А.А. Соколик // УФН. – 2008. – Т. 178. – С. 757.
7. Лозовик, Ю.Е. Электрон-электронных и электрон-дырочной пары в графеновых структурах / Ю.Е. Лозовик, С. Огарков, А.А. Соколик // Философские труды Королевского общества. – 2010. – Т. 368, № 1932. – С. 5417–5429.
8. Попова, А.А. Роль ковалентного взаимодействия в формировании электронной структуры графена на поверхности Ni(111) с интеркалированными слоями Аu и Сu / А.А. Попова, A.M. Шикин, А.Г. Рыбкин, Д.Е. Марченко, О.Ю. Вилков, А.А. Макарова, А.Ю. Варыхалов, О. Rader // Физика твердого тела. – 2011. – Т. 53, вып. 12. – С. 2409–2413.
9. Фиговский, О.Л. От нано-науки к нано-будущему / О.Л. Фиговский // Инженерный вестник Дона. – 2010. – Т. 13, № 3. – С. 1–12.
10. Юдинцев, В.В. Графен. наноэлектроника стремительно набирает силы / В.В. Юдинцев // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2009. – № 6. – С. 82–89.
11. Юрков, А.Н. Синтез углеродных пленок магнетронным распылением графитовой мишени с использованием водорода в качестве плазмообразующего газа / А.Н. Юрков, Н.Н. Мельник, В.В. Сычев, В.В. Савранский, Д.В. Власов, В.И. Конов // Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук. – 2011. – № 9. – С. 28–34.
12. Chen, Zh. et al. Graphene Nano-Ribbon Electronics / Zh. Chen // Physica E. – 2007. – Vol. 40. – P. 228.
13. Geim, A.K. Graphene: Status and Prospects / A.K. Geim // Science. – 2009. – Vol. 324. – P. 1530.
14. Stander, N. Evidence for Klein Tunneling in Graphene p — n Junctions / N. Stander, B. Huard, D. Goldhaber-Gordon // Phys. Rev. Lett. – 2009. – Vol. 102. – P. 026807.
15. Alaghemandi, M. et al. / M. Alaghemandi // Nanotechnology. – 22010. – Vol. 21. – P. 075704.
16. Dreyer, D.R. The Chemistry of Graphene Oxide / D.R. Dreyer, S. Park, C.W. Bielawski, R.S. Ruoff // Chem. Soc. Rev. – 2010. – Vol. 39, № 1. – P. 228–240.
17. Методы получения и результаты исследования свойств графена // cyberleninka.ru. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-polucheniya-i-rezultaty-issledovaniya-svoystv-grafena (дата обращения: 24.10.2025).
18. Использование графена и наноматериалов на его основе в медицине // cyberleninka.ru. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-grafena-i-nanomaterialov-na-ego-osnove-v-meditsine (дата обращения: 24.10.2025).
19. ГРАФЕН — РЕАЛЬНОСТЬ И ПРОГНОЗЫ: СВОЙСТВА И СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА (1 часть) // ritm-magazine.com. – URL: https://ritm-magazine.com/ru/public/grafen-realnost-i-prognozy-svoystva-i-sposoby-proizvodstva-1-chast (дата обращения: 24.10.2025).
20. Нобелевская премия по физике — 2010 // elementy.ru. – URL: https://elementy.ru/novosti_nauki/4311893/Nobelevskaya_premiya_po_fizike_2010 (дата обращения: 24.10.2025).
21. Графен // rosnano.com. – URL: https://rosnano.com/glossary/term/34684/ (дата обращения: 24.10.2025).
22. Графан // rosnano.com. – URL: https://rosnano.com/glossary/term/34685/ (дата обращения: 24.10.2025).
23. Графен. Наноэлектроника стремительно набирает силы // electronics.ru. – URL: https://electronics.ru/issue/2009/6/16 (дата обращения: 24.10.2025).
24. Подробное описание строения и структуры графена // rusgraphene.ru. – URL: https://rusgraphene.ru/stroenie-i-struktura-grafena (дата обращения: 24.10.2025).
25. Что такое графен и где он применяется // rusgraphene.ru. – URL: https://rusgraphene.ru/chto-takoe-grafen (дата обращения: 24.10.2025).
26. Уникальные свойства графена. Электропроводность, теплопроводность, прочность // rusgraphene.ru. – URL: https://rusgraphene.ru/svojstva-grafena (дата обращения: 24.10.2025).
27. Методы получения графена // rusgraphene.ru. – URL: https://rusgraphene.ru/metody-polucheniya-grafena (дата обращения: 24.10.2025).
28. Гибкие прозрачные токопроводящие покрытия и плёнки // rusgraphene.ru. – URL: https://rusgraphene.ru/nashi-razrabotki/gibkie-prozrachnye-tokoprovodyashchie-pokrytiya-i-plenki (дата обращения: 24.10.2025).
29. Синтез графена и графеновой плёнки // rusgraphene.ru. – URL: https://rusgraphene.ru/sintez-grafena-i-grafenovoj-plenki (дата обращения: 24.10.2025).
30. Свойства графена // karssenmetal.com. – URL: https://karssenmetal.com/properties-of-graphene (дата обращения: 24.10.2025).
31. Электронные свойства неупорядоченного графена // dissercat.com. – URL: https://dissercat.com/content/elektronnye-svoistva-neuporyadochennogo-grafena (дата обращения: 24.10.2025).
32. Электронные свойства двумерных дираковских материалов с щелью в электронном спектре // dissercat.com. – URL: https://dissercat.com/content/elektronnye-svoistva-dvumernykh-dirakovskikh-materialov-s-schelyu-v-elektronnom-spektre (дата обращения: 24.10.2025).
33. Графен как двумерный материал // physics42.ru. – URL: https://physics42.ru/main/graphene_2d_material/ (дата обращения: 24.10.2025).
34. Графен // lib.bsuir.by. – URL: https://lib.bsuir.by/sites/default/files/nodes/files/grefen_bakalavry_3.pdf (дата обращения: 24.10.2025).
35. Нисходящие методы синтеза графена // elibrary.ru. – URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49488344 (дата обращения: 24.10.2025).
36. Термическое восстановление графена из оксида // nanometer.ru. – 2015. – 9 нояб. – URL: https://nanometer.ru/2015/11/09/1447012648589_text.html (дата обращения: 24.10.2025).
37. Получение и исследование свойств эпитаксиального графена // nanometer.ru. – 2010. – 5 дек. – URL: https://nanometer.ru/2010/12/05/graphene_208035.html (дата обращения: 24.10.2025).
38. Графен для медицины – новые горизонты // nanometer.ru. – 2013. – 27 нояб. – URL: https://nanometer.ru/2013/11/27/1385550269036_text.html (дата обращения: 24.10.2025).
39. Ткачев, С.В. Восстановленный оксид графена: получение, строение, свойства / С.В. Ткачев // ionh.ru. – URL: https://ionh.ru/assets/files/materials/avtoref/tkachev_a.pdf (дата обращения: 24.10.2025).
40. Химики научились получать оксид графена без вреда для окружающей среды // nplus1.ru. – 2018. – 11 янв. – URL: https://nplus1.ru/news/2018/01/11/graphene-oxide-green-synthesis (дата обращения: 24.10.2025).
41. Проводимость графена в терагерцовом и инфракрасном диапазонах частот // pnzgu.ru. – 2015. – № 1. – URL: https://pnzgu.ru/files/science/publications/izv_vuzov_p_r_tn/2015/1/18.pdf (дата обращения: 24.10.2025).
42. Графен // n-l-d.ru. – URL: https://n-l-d.ru/articles/graphene/ (дата обращения: 24.10.2025).
43. Что такое графен и для чего ученые разрабатывают технологию управления графеновыми электронами // integral-russia.ru. – 2025. – 21 мая. – URL: https://integral-russia.ru/2025/05/21/chto-takoe-grafen-i-dlya-chego-uchenye-razrabatyvayut-tehnologiyu-upravleniya-grafenovymi-elektronami/ (дата обращения: 24.10.2025).