Томас Едісон міг випадково створити графен - за 130 років до "офіційного" відкриття

Експерименти Томаса Едісона з першими лампами розжарювання наприкінці ХІХ століття могли мати несподіваний побічний ефект: утворення графену - ультратонкого і надміцного матеріалу, який сьогодні вважається одним із ключових для сучасної електроніки. Такого висновку дійшли дослідники з Університету Райса, які повторили умови дослідів 1879 року з використанням сучасних методів аналізу.

Робота опублікована в журналі ACS Nano.

Графен являє собою шар атомів вуглецю завтовшки всього в один атом і має унікальні електричні та механічні властивості. Один з його типів - турбостратичний графен - може утворюватися під час швидкого нагрівання вуглецевмісних матеріалів до температур близько 2000-3000 °C за допомогою електричного струму. У сучасній науці цей метод відомий як flash Joule heating.

Як з'ясували дослідники, саме такі умови могли виникати в ранніх лампах Едісона. На відміну від сучасних ламп із вольфрамовою ниткою, перші зразки використовували вуглецеві волокна, зокрема з японського бамбука. При подачі напруги нитка різко нагрівалася - потенційно до температур, достатніх для перебудови вуглецевої структури.

Щоб перевірити гіпотезу, команда під керівництвом хіміка Джеймса Тура відтворила лампу за кресленнями патенту Едісона 1879 року. Дослідники знайшли рідкісні "ремісничі" лампи з бамбуковими нитками, максимально близькими до оригіналу. Нитку під'єднали до джерела постійного струму напругою 110 вольт і нагрівали лише близько 20 секунд - триваліший нагрів, за словами авторів, призводить уже до утворення графіту, а не графену.

Після експерименту вуглецева нитка змінила колір із темно-сірого на сріблястий блиск, що вказувало на структурні зміни. Для точного аналізу вчені застосували раманівську спектроскопію - метод, що дає змогу визначати речовини за їхнім "атомним відбитком". Результати показали: у частині нитки дійсно утворився турбостратичний графен.

Автори підкреслюють, що неможливо з упевненістю сказати, чи відбувалося те ж саме в оригінальних експериментах Едісона. Навіть якщо графен і утворювався, він, найімовірніше, перетворювався на графіт під час тривалих випробувань ламп, які могли працювати по багато годин поспіль.

Проте дослідження демонструє, що класичні експерименти минулого можуть приховувати неочікувані наукові ефекти, які стають помітними лише під час повторного аналізу з використанням сучасних знань та інструментів. За словами авторів, робота Едісона - приклад того, як технології XIX століття могли ненавмисно наблизитися до матеріалів майбутнього.