Томас Эдисон мог случайно создать графен — за 130 лет до «официального» открытия

Эксперименты Томаса Эдисона с первыми лампами накаливания в конце XIX века могли иметь неожиданный побочный эффект: образование графена — ультратонкого и сверхпрочного материала, который сегодня считается одним из ключевых для современной электроники. К такому выводу пришли исследователи из Университета Райса, повторившие условия опытов 1879 года с использованием современных методов анализа.

Работа опубликована в журнале ACS Nano.

Графен представляет собой слой атомов углерода толщиной всего в один атом и обладает уникальными электрическими и механическими свойствами. Один из его типов — турбостратический графен — может образовываться при быстром нагреве углеродсодержащих материалов до температур порядка 2000–3000 °C с помощью электрического тока. В современной науке этот метод известен как flash Joule heating.

Как выяснили исследователи, именно такие условия могли возникать в ранних лампах Эдисона. В отличие от современных ламп с вольфрамовой нитью, первые образцы использовали углеродные волокна, в том числе из японского бамбука. При подаче напряжения нить резко нагревалась — потенциально до температур, достаточных для перестройки углеродной структуры.

Чтобы проверить гипотезу, команда под руководством химика Джеймса Тура воссоздала лампу по чертежам патента Эдисона 1879 года. Исследователи нашли редкие «ремесленные» лампы с бамбуковыми нитями, максимально близкими к оригиналу. Нить подключили к источнику постоянного тока напряжением 110 вольт и нагревали всего около 20 секунд — более длительный нагрев, по словам авторов, приводит уже к образованию графита, а не графена.

После эксперимента углеродная нить изменила цвет с тёмно-серого на серебристый блеск, что указывало на структурные изменения. Для точного анализа учёные применили рамановскую спектроскопию — метод, позволяющий определять вещества по их «атомному отпечатку». Результаты показали: в части нити действительно образовался турбостратический графен.

Авторы подчёркивают, что невозможно с уверенностью сказать, происходило ли то же самое в оригинальных экспериментах Эдисона. Даже если графен и образовывался, он, скорее всего, превращался в графит во время длительных испытаний ламп, которые могли работать по много часов подряд.

Тем не менее исследование демонстрирует, что классические эксперименты прошлого могут скрывать неожиданные научные эффекты, которые становятся заметны лишь при повторном анализе с использованием современных знаний и инструментов. По словам авторов, работа Эдисона — пример того, как технологии XIX века могли непреднамеренно приблизиться к материалам будущего.