Vysoce kvalitní grafit má vynikající mechanickou pevnost, tepelnou stabilitu, vysokou flexibilitu a velmi vysokou tepelnou a elektrickou vodivost v rovině, což z něj činí jeden z nejdůležitějších pokročilých materiálů pro mnoho aplikací, jako jsou fototermální vodiče používané jako baterie v telefonech. Například speciální typ grafitu, vysoce uspořádaný pyrolytický grafit (HOPG), je jedním z nejběžněji používaných materiálů v laboratořích. Tyto vynikající vlastnosti jsou dány vrstevnatou strukturou grafitu, kde silné kovalentní vazby mezi atomy uhlíku ve vrstvách grafenu přispívají k vynikajícím mechanickým vlastnostem, tepelné a elektrické vodivosti, zatímco interakce mezi vrstvami grafenu je velmi malá. Toto působení má za následek vysoký stupeň flexibility. grafit. Ačkoli byl grafit v přírodě objeven již více než 1000 let a jeho umělá syntéza je studována již více než 100 let, kvalita vzorků grafitu, přírodních i syntetických, zdaleka není ideální. Například velikost největších domén monokrystalického grafitu v grafitových materiálech je obvykle menší než 1 mm, což je v ostrém kontrastu s velikostí mnoha krystalů, jako jsou monokrystaly křemene a monokrystaly křemíku. Velikost může dosáhnout měřítka metru. Velmi malá velikost monokrystalického grafitu je způsobena slabou interakcí mezi vrstvami grafitu a rovinnost grafenové vrstvy je během růstu obtížné udržet, takže grafit se snadno rozpadá na několik neuspořádaných hranic zrn monokrystalů. Aby se tento klíčový problém vyřešil, emeritní profesor Ulsanského národního institutu vědy a techniky (UNIST) a jeho spolupracovníci profesor Liu Kaihui, profesor Wang Enge z Pekingské univerzity a další navrhli strategii pro syntézu tenkých řádově velkých filmů monokrystalů grafitu až do palcového měřítka. Jejich metoda využívá jako substrát monokrystalickou niklovou fólii a atomy uhlíku jsou přiváděny ze zadní strany niklové fólie prostřednictvím „izotermického procesu rozpouštění-difúze-depozice“. Namísto použití plynného kartonového zdroje zvolili pevný uhlíkový materiál pro usnadnění růstu grafitu. Tato nová strategie umožňuje vyrábět monokrystalické grafitové filmy o tloušťce přibližně 1 palec a 35 mikronů, tedy více než 100 000 vrstev grafenu během několika dní. Ve srovnání se všemi dostupnými vzorky grafitu má monokrystalický grafit tepelnou vodivost ~2880 W m-1K-1, nevýznamný obsah nečistot a minimální vzdálenost mezi vrstvami. (1) Úspěšná syntéza monokrystalických niklových filmů velké velikosti jako ultraplochých substrátů zabraňuje neuspořádání syntetického grafitu; (2) 100 000 vrstev grafenu je izotermicky vypěstováno přibližně za 100 hodin, takže každá vrstva grafenu je syntetizována ve stejném chemickém prostředí a teplotě, což zajišťuje jednotnou kvalitu grafitu; (3) Nepřetržitý přísun uhlíku přes rubovou stranu niklové fólie umožňuje vrstvám grafenu kontinuální růst velmi vysokou rychlostí, přibližně jedna vrstva každých pět sekund.
Čas zveřejnění: 9. listopadu 2022