Kvaliteetsel grafiidil on suurepärane mehaaniline tugevus, termiline stabiilsus, suur paindlikkus ning väga kõrge tasapinnaline soojus- ja elektrijuhtivus, mis teeb sellest ühe oluliseima täiustatud materjali paljudes rakendustes, näiteks telefonide patareidena kasutatavate fototermiliste juhtide jaoks. Näiteks on spetsiaalne grafiiditüüp, kõrgelt korrastatud pürolüütiline grafiit (HOPG), üks laborites enimkasutatavaid materjale. Need suurepärased omadused tulenevad grafiidi kihilisest struktuurist, kus grafeenikihtide süsinikuaatomite vahelised tugevad kovalentsed sidemed aitavad kaasa suurepärastele mehaanilistele omadustele, soojus- ja elektrijuhtivusele, samas kui grafeenikihtide vahel on väga vähe interaktsioone. See toime annab tulemuseks suure paindlikkuse. Kuigi grafiiti on looduses avastatud juba üle 1000 aasta ja selle kunstlikku sünteesi on uuritud üle 100 aasta, on nii looduslike kui ka sünteetiliste grafiidiproovide kvaliteet kaugeltki ideaalne. Näiteks on grafiitmaterjalides sisalduvate suurimate monokristallgrafiididomeenide suurus tavaliselt alla 1 mm, mis on teravas vastuolus paljude kristallide, näiteks kvartsist monokristallide ja räni monokristallide suurusega. Suurus võib ulatuda meetri skaalani. Monokristallilise grafiidi väga väike suurus tuleneb grafiidikihtide nõrgast interaktsioonist ning grafeenikihi tasasust on kasvu ajal raske säilitada, mistõttu grafiit laguneb kergesti mitmeks korrastamata monokristalliliseks terapiiriks. Selle võtmeprobleemi lahendamiseks on Ulsani Riikliku Teaduse ja Tehnoloogiainstituudi (UNIST) emeriitprofessor ja tema kaastöötajad professor Liu Kaihui, Pekingi Ülikooli professor Wang Enge ja teised pakkunud välja strateegia õhukeste, suurusjärguliste grafiidist monokristallide kilede sünteesimiseks kuni tollise skaalani. Nende meetod kasutab substraadina monokristallilist nikkelfooliumi ja süsinikuaatomid söödetakse nikkelfooliumi tagaküljelt "isotermilise lahustumis-difusioon-sadestamise protsessi" kaudu. Gaasilise papiallika asemel valisid nad grafiidi kasvu hõlbustamiseks tahke süsinikmaterjali. See uus strateegia võimaldab toota umbes 1 tolli ja 35 mikroni paksuseid monokristallilisi grafiidikilesid ehk enam kui 100 000 grafeenikihti mõne päevaga. Võrreldes kõigi saadaolevate grafiidiproovidega on monokristallilise grafiidi soojusjuhtivus ~2880 W m-1K-1, lisandite sisaldus on ebaoluline ja kihtide vaheline kaugus on minimaalne. (1) Suuremõõtmeliste monokristalliliste nikkelkilede edukas süntees ülitasaste substraatidena väldib sünteetilise grafiidi korrastatust; (2) 100 000 grafeenikihti kasvatatakse isotermiliselt umbes 100 tunni jooksul, nii et iga grafeenikiht sünteesitakse samas keemilises keskkonnas ja temperatuuril, mis tagab grafiidi ühtlase kvaliteedi; (3) Süsiniku pidev juurdevool läbi nikkelfooliumi tagakülje võimaldab grafeenikihtidel pidevalt kasvada väga kiiresti, umbes üks kiht iga viie sekundi järel.
Postituse aeg: 09.11.2022