Графен — это материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде правильной шестиугольной решетки. Он привлек внимани�� ученых благодаря сочетанию свойств, которые редко встречаются вместе: высокой проводимости, прочности и гибкости. С момента его экспериментального получения в 2004 году графен пробуют применять в композитах, аккумуляторах, электронике и фильтрах, но с массовым производством все еще проблемы.
Но, возможно, его впервые получили больше века назад. Звучит странно, но в начале 2026 года исследователи из Университета Райса показали, что турбостратический графен может образовываться в условиях, близких к тем, что возникали в лампах накаливания Томаса Эдисона в конце XIX века. Эксперимент ученых показал неожиданную связь между современными методами синтеза углеродных материалов и поисками долговечной нити, которые велись в 1879 году. Давайте разбираться, что там и как.
Что мучило Эдисона в 1879 году
Идея лампы накаливания в конце XIX века витала в воздухе — разные экспериментаторы, включая британца Джозефа Свана, пробовали пропускать ток через нити в вакууме, чтобы те светились без быстрого сгорания. Свана иногда даже называют соавтором практической лампочки, поскольку его патент вышел чуть раньше, и между ним и Эдисоном потом были долгие судебные тяжбы по правам. Но Эдисон пошел дальше: он хотел не просто работающий образец, а целую систему электрического освещения с генераторами, проводами и доступной ценой для обычных домов.
Главная проблема заключалась в долговечности нити — она быстро перегорала на воздухе, а в вакууме все равно не держалась сколько нужно. Лампы потребляли слишком много энергии и плохо подходили для создания системы электроснабжения, поэтому электрический свет долго уступал газовому. Чтобы решить эту проблему, Эдисон организовал в Менло-Парке одну из первых промышленных исследовательских лабораторий, где инженеры и техники работали посменно, почти круглые сутки перебирая и тестируя варианты нитей.
Перебрали тысячи материалов: сначала карбонизированный картон и прессованный сажевый порошок — они держались всего несколько часов. Потом разные породы древесины, травы, тростник, коноплю, пальметто и даже волоски из бороды сотрудников. В итоге остановились на карбонизированном бамбуке — его волокна после обугливания давали нить, которая работала больше 1200 часов при 110 вольтах.
Процесс зафиксирован в патенте № 223898 от 1880 года: растительное сырье обугливали без доступа воздуха, получали почти чистый углерод, формировали тонкую нить и запаивали в стеклянную колбу с вакуумом. При подаче тока нить раскалялась до 2000–3000 °C и светилась ярко. Нагрев происходил очень быстро — за счет джоулева тепла от проходящего электричества.
Испытания шли непрерывно: лампы многократно включали и выключали, проверяя, как долго нити выдерживают циклы нагрева и охлаждения перед перегоранием. И конечно, никто тогда не думал, что такие режимы могут менять структуру углерода на наноуровне.
Ранние лампы Эдисона с угольными нитями пошли в массовое производство и изменили мир. Казалось бы, пылиться этим изобретениям на свалке истории. Но сейчас уже современные специалисты проявили к ним интерес.
Как ученые решили повторить старый опыт
Идея проверить, что происходило внутри колб Эдисона на молекулярном уровне, пришла аспиранту Лукасу Эдди из лаборатории Джеймса Тура в Университете Райса. Тур давно занимается синтезом углеродных материалов с помощью импульсного джоулева нагрева. Этот метод команда развивает уже больше десяти лет, он позволяет получать графен из самого разного сырья. Эдди наткнулся на старый патент Эдисона и заметил сходство в условиях: высокая температура, вакуум и прямой ток через углерод.
Сначала искали подходящие реплики ламп: современные декоративные варианты часто оказывались с вольфрамовыми нитями под видом угольных, и они не годились. В итоге нашли в нью-йоркском магазине лампочки с бамбуковыми угольными нитями, диаметр которых был всего на несколько микрометров больше, чем у оригинальных образцов. В эксперименте лампу подключали к источнику 110 вольт (как в исторических системах) и давали короткие ��мпульсы по 20 секунд.
После нескольких циклов нить приобретала серебристый блеск, заметный даже невооруженным глазом. Образцы проверили под оптическим микроскопом — изменения были видны сразу. Потом их изучили с помощью рамановской спектроскопии: появились характерные сигналы, по которым можно распознать турбостратический графен — выраженный G-пик и широкий 2D-пик, указывающий на разориентированные слои.
Чтобы окончательно подтвердить результат, образцы изучили в просвечивающем электронном микроскопе. До обработки нить выглядела как аморфный углерод, а после нагрева в ней стали различимы упорядоченные слои с расстоянием между ними около 0,34 нанометра. При этом изменение происходило не по всей нити сразу, а лишь в тех участках, где условия нагрева оказались подходящими.
Результаты опубликовали в январе 2026 года в ACS Nano, и они вызвали живой интерес в научном сообществе. Ведь простая лампочка XIX века оказалась способна на то, что сегодня требует специального оборудования.
Почему именно короткие импульсы дали такой эффект
Импульсный джоулев нагрев, который развивает лаборатория Джеймса Тура, оказался одним из эффективных способов получать турбостратический графен. Суть метода в коротких импульсах тока: за доли секунды температура поднимается до тысяч градусов — и аморфный углерод перестраивается в слоистую структуру. В отличие от обычного графита, где слои уложены строго параллельно, в этом случае они немного повернуты и смещены относительно друг друга.
Такая структура удобна для практического применения. Слои легче разделяются, материал лучше смешивается с полимерами и дает более прочные композиты, а также подходит для аккумуляторов и строительных добавок. Лаборатория Тура уже несколько лет получает графен этим способом из самого разного сырья — угля, пищевых отходов, пластика и старых шин, без катализаторов и сложного оборудования.
Преимущество метода в его универсальности: подойдет практически любой углеродсодержащий материал — от кофейной гущи до угольной пыли. В последние годы команда Тура показала, как использовать такой графен в батареях, суперконденсаторах и композитах. По словам Джеймса Тура, попытка повторить опыты Эдисона с помощью современных методов оказалась полезной и показала, что даже простые исторические подходы могут создавать условия, близкие к тем, которые сегодня используют для синтеза углеродных материалов.
А что сейчас?
Лаборатория Джеймса Тура сегодня остается одним из ключевых центров, развивающих метод импульсного джоулева нагрева. Команда запатентовала несколько вариантов процесса и работает с компаниями, которые пытаются применять его для переработки отходов. Например, графен, полученный из старых шин, используют как добавку для укрепления резины, а материал из пластикового мусора — в строительных и автомобильных композитах.
Метод ценят за простоту и универсальность: он не требует чистого сырья и работает с углеродной пылью, кофейной гущей и промышленными отходами. В 2025 году появились первые пилотные установки, способные производить килограммы графена в сутки, что уже приближает технологию к практическому применению в энергетике и электронике.
Этим методом заинтересовались и другие исследовательские группы. Они пробуют применять похожие импульсы для получения двумерных материалов и улучшения аккумуляторов. Турбостратический графен здесь особенно удобен: в композитах не нужна идеальная укладка слоев, зато важны прочность и проводимость, с чем у него как раз все в порядке.
История с лампами Эдисона хорошо показывает, что старые устройства, созданные для совсем других задач, иногда могут неожиданно подсказать идеи для современных технологий.