Wysokiej jakości grafit charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością mechaniczną, stabilnością termiczną, dużą elastycznością i bardzo wysoką przewodnością cieplną i elektryczną w płaszczyźnie, co czyni go jednym z najważniejszych zaawansowanych materiałów do wielu zastosowań, takich jak przewodniki fototermiczne stosowane jako baterie w telefonach. Na przykład specjalny rodzaj grafitu, wysoko uporządkowany grafit pirolityczny (HOPG), jest jednym z najczęściej stosowanych w laboratoriach. Tworzywo. Te doskonałe właściwości wynikają z warstwowej struktury grafitu, gdzie silne wiązania kowalencyjne pomiędzy atomami węgla w warstwach grafenu przyczyniają się do doskonałych właściwości mechanicznych oraz przewodności cieplnej i elektrycznej, przy bardzo niewielkim oddziaływaniu pomiędzy warstwami grafenu. Działanie skutkuje dużą elastycznością. grafit. Choć grafit odkrywany jest w przyrodzie od ponad 1000 lat, a jego sztuczna synteza badana jest od ponad 100 lat, jakość próbek grafitu, zarówno naturalnego, jak i syntetycznego, jest daleka od ideału. Na przykład rozmiar największych domen grafitu monokrystalicznego w materiałach grafitowych jest zwykle mniejszy niż 1 mm, co stanowi wyraźny kontrast w stosunku do rozmiaru wielu kryształów, takich jak monokryształy kwarcu i monokryształy krzemu. Rozmiar może osiągnąć skalę metra. Bardzo mały rozmiar grafitu monokrystalicznego wynika ze słabej interakcji między warstwami grafitu, a płaskość warstwy grafenu jest trudna do utrzymania podczas wzrostu, dlatego grafit łatwo dzieli się na kilka granic ziaren monokryształu w sposób nieuporządkowany. . Aby rozwiązać ten kluczowy problem, emerytowany profesor Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan (UNIST) i jego współpracownicy: prof. Liu Kaihui, prof. Wang Enge z Uniwersytetu w Pekinie i inni zaproponowali strategię syntezy cienkiego rzędu wielkości monokryształy grafitu. filmu, aż do skali calowej. Ich metoda wykorzystuje monokrystaliczną folię niklową jako podłoże, a atomy węgla są podawane z tyłu folii niklowej w ramach „izotermicznego procesu rozpuszczania-dyfuzji-osadzania”. Zamiast korzystać z gazowego źródła tektury, zdecydowali się na stały materiał węglowy, aby ułatwić wzrost grafitu. Ta nowa strategia umożliwia wytworzenie folii z grafitu monokrystalicznego o grubości około 1 cala i 35 mikronów, czyli ponad 100 000 warstw grafenu w ciągu kilku dni. W porównaniu do wszystkich dostępnych próbek grafitu, grafit monokrystaliczny charakteryzuje się przewodnością cieplną rzędu ~2880 W·m-1K-1, niewielką zawartością zanieczyszczeń oraz minimalną odległością pomiędzy warstwami. (1) Udana synteza monokrystalicznych warstw niklu o dużych rozmiarach jako ultrapłaskich podłoży pozwala uniknąć nieuporządkowania syntetycznego grafitu; (2) 100 000 warstw grafenu hoduje się izotermicznie w ciągu około 100 godzin, dzięki czemu każda warstwa grafenu jest syntetyzowana w tym samym środowisku chemicznym i temperaturze, co zapewnia jednolitą jakość grafitu; (3) Ciągły dopływ węgla przez odwrotną stronę folii niklowej umożliwia ciągły wzrost warstw grafenu z bardzo dużą szybkością, w przybliżeniu jedna warstwa co pięć sekund.”
Czas publikacji: 09 listopada 2022 r