بحث جديد يكشف عن أفلام الجرافيت الأفضل

يتميز الجرافيت عالي الجودة بقوة ميكانيكية ممتازة، وثبات حراري، ومرونة عالية، وموصلية حرارية وكهربائية عالية جدًا في المستوى، مما يجعله أحد أهم المواد المتقدمة للعديد من التطبيقات مثل الموصلات الضوئية الحرارية المستخدمة كبطاريات في الهواتف. على سبيل المثال، يُعد نوع خاص من الجرافيت، وهو الجرافيت الحراري عالي الترتيب (HOPG)، أحد أكثر المواد استخدامًا في المختبرات. مادة. ترجع هذه الخصائص الممتازة إلى البنية الطبقية للجرافيت، حيث تساهم الروابط التساهمية القوية بين ذرات الكربون في طبقات الجرافين في خصائص ميكانيكية ممتازة، وموصلية حرارية وكهربائية، في حين أن التفاعل بين طبقات الجرافين ضئيل للغاية. ينتج عن هذا الإجراء درجة عالية من المرونة. الجرافيت. على الرغم من اكتشاف الجرافيت في الطبيعة منذ أكثر من 1000 عام ودراسة تركيبه الاصطناعي لأكثر من 100 عام، إلا أن جودة عينات الجرافيت، الطبيعية والاصطناعية، بعيدة كل البعد عن المثالية. على سبيل المثال، يكون حجم أكبر نطاقات الجرافيت أحادية البلورة في مواد الجرافيت عادةً أقل من 1 مم، وهو ما يتناقض تمامًا مع حجم العديد من البلورات مثل بلورات الكوارتز أحادية البلورة وبلورات السيليكون أحادية البلورة. يمكن أن يصل الحجم إلى مقياس المتر. يرجع الحجم الصغير جدًا للجرافيت أحادي البلورة إلى التفاعل الضعيف بين طبقات الجرافيت، ويصعب الحفاظ على تسطيح طبقة الجرافين أثناء النمو، لذلك ينقسم الجرافيت بسهولة إلى عدة حدود حبيبية أحادية البلورة في حالة من الفوضى. لحل هذه المشكلة الرئيسية، اقترح الأستاذ الفخري في معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا (UNIST) وزملاؤه البروفيسور ليو كاي هوي والبروفيسور وانغ إنجي من جامعة بكين وآخرون استراتيجية لتوليف بلورات جرافيت أحادية رقيقة من الدرجة الأولى. فيلم، وصولاً إلى مقياس البوصة. تستخدم طريقتهم رقاقة نيكل أحادية البلورة كركيزة، ويتم تغذية ذرات الكربون من الجزء الخلفي من رقاقة النيكل من خلال "عملية الذوبان والانتشار والترسيب المتساوي الحرارة". وبدلاً من استخدام مصدر كرتون غازي، اختاروا مادة كربونية صلبة لتسهيل نمو الجرافيت. تتيح هذه الاستراتيجية الجديدة إنتاج أغشية جرافيت أحادية البلورة بسمك حوالي 1 بوصة و35 ميكرون، أو أكثر من 100000 طبقة جرافين في غضون أيام قليلة. وبالمقارنة مع جميع عينات الجرافيت المتاحة، فإن الجرافيت أحادي البلورة له موصلية حرارية تبلغ حوالي 2880 واط/م-1 كلفن-1، ومحتوى ضئيل من الشوائب، ومسافة دنيا بين الطبقات. (1) إن التركيب الناجح لأغشية النيكل أحادية البلورة ذات الحجم الكبير كركائز فائقة التسطح يتجنب فوضى الجرافيت الاصطناعي؛ (2) يتم تنمية 100000 طبقة من الجرافين بشكل متساوي الحرارة في حوالي 100 ساعة، بحيث يتم تصنيع كل طبقة من الجرافين في نفس البيئة الكيميائية ودرجة الحرارة، مما يضمن الجودة الموحدة للجرافيت؛ (3) يسمح الإمداد المستمر بالكربون من خلال الجانب الخلفي من رقاقة النيكل لطبقات الجرافين بالنمو المستمر بمعدل مرتفع للغاية، حوالي طبقة واحدة كل خمس ثوانٍ،