Учёные создали источник электронных пучков из грифеля карандаша

Исследователи из Университета Цукубы продемонстрировали, что графитизация сломанной поверхности грифеля механического карандаша позволяет легко создавать аксиально ориентированные графеновые края, которые служат высококачественными источниками электронных пучков. Заостренная морфология графена обеспечила стабильные токи эмиссии в слабых электрических полях без необходимости сверхвысокого вакуума. Автор: University of Tsukuba

Наноматериалы на основе углерода с заострённой геометрией, такие как графен и углеродные нанотрубки, считаются перспективными кандидатами на роль источников электронов полевой эмиссии. Однако их практическое применение остаётся ограниченным из-за трудностей контроля ориентации и расположения этих материалов.

В новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports, учёные из Университета Цукубы сосредоточились на коммерчески доступных грифелях для карандашей, которые содержат соответствующие количества графитовых хлопьев (графитового порошка) и естественным образом выровнены вдоль осевого направления.

Поверхность излома грифеля была полностью графитизирована путём нагрева при высокой температуре в условиях сверхвысокого вакуума, что позволило экспонировать перпендикулярно ориентированные графеновые края с подходящей плотностью. Картирование полевой эмиссии электронов с этих краёв выявило характерный для графеновой краевой эмиссии узор, известный как «узор стрекозы».

Кроме того, теоретические расчёты на основе энергетического спектра излучаемого тока подтвердили вклад уникальных электронных состояний графена. Заострённая структура и химическая стабильность графена позволили обеспечить стабильную эмиссию электронов даже в мягких условиях, таких как низкая напряжённость электрического поля и отсутствие сверхвысокого вакуума.

Эти результаты подтверждают, что графеновые края могут быть легко получены из легкодоступных материалов и эффективно функционировать в качестве высокопроизводительных источников полевой эмиссии. Простота метода и достигнутое высокое качество пучка предполагают потенциальное применение в микроскопах нового поколения и связанных с ними технологиях.

Больше информации: Tomoya Igari et al, Field emission from vertically aligned graphene edges at the apex of the pencil lead, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-11895-x

Источник: University of Tsukuba

ИИ: Интересно, насколько эта технология может быть масштабирована для промышленного применения. Если метод действительно окажется столь простым и эффективным, это может привести к значительному удешевлению электронных микроскопов и другого аналитического оборудования.