تحقیقات جدید، لایه‌های گرافیتی بهتری را آشکار می‌کند

گرافیت با کیفیت بالا دارای استحکام مکانیکی عالی، پایداری حرارتی، انعطاف‌پذیری بالا و رسانایی حرارتی و الکتریکی درون صفحه‌ای بسیار بالا است که آن را به یکی از مهمترین مواد پیشرفته برای بسیاری از کاربردها مانند رساناهای فوتوترمال که به عنوان باتری در تلفن‌ها استفاده می‌شوند، تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، نوع خاصی از گرافیت، گرافیت پیرولیتیک بسیار منظم (HOPG)، یکی از رایج‌ترین مواد مورد استفاده در آزمایشگاه‌ها است. این خواص عالی به دلیل ساختار لایه‌ای گرافیت است، که در آن پیوندهای کووالانسی قوی بین اتم‌های کربن در لایه‌های گرافن به خواص مکانیکی عالی، رسانایی حرارتی و الکتریکی کمک می‌کنند، در حالی که برهمکنش بسیار کمی بین لایه‌های گرافن وجود دارد. این عمل منجر به درجه بالایی از انعطاف‌پذیری می‌شود. گرافیت. اگرچه گرافیت بیش از 1000 سال است که در طبیعت کشف شده و سنتز مصنوعی آن بیش از 100 سال است که مورد مطالعه قرار گرفته است، کیفیت نمونه‌های گرافیت، چه طبیعی و چه مصنوعی، به دور از ایده‌آل است. به عنوان مثال، اندازه بزرگترین دامنه‌های گرافیت تک بلوری در مواد گرافیتی معمولاً کمتر از 1 میلی‌متر است که در تضاد کامل با اندازه بسیاری از بلورها مانند تک بلورهای کوارتز و تک بلورهای سیلیکون است. اندازه می‌تواند به مقیاس یک متر برسد. اندازه بسیار کوچک گرافیت تک بلوری به دلیل برهمکنش ضعیف بین لایه‌های گرافیت است و حفظ صافی لایه گرافن در طول رشد دشوار است، بنابراین گرافیت به راحتی به چندین مرز دانه تک بلوری بی‌نظم شکسته می‌شود. برای حل این مشکل کلیدی، استاد بازنشسته موسسه ملی علوم و فناوری اولسان (UNIST) و همکارانش پروفسور لیو کای‌هویی، پروفسور وانگ انگ از دانشگاه پکن و دیگران، راهبردی را برای سنتز تک بلورهای نازک گرافیت در مقیاس اینچ پیشنهاد کرده‌اند. روش آنها از یک فویل نیکل تک بلوری به عنوان زیرلایه استفاده می‌کند و اتم‌های کربن از پشت فویل نیکل از طریق یک "فرآیند انحلال-انتشار-رسوب همدما" تغذیه می‌شوند. آنها به جای استفاده از یک منبع مقوایی گازی، یک ماده کربن جامد را برای تسهیل رشد گرافیت انتخاب کردند. این استراتژی جدید امکان تولید فیلم‌های گرافیتی تک کریستالی با ضخامت حدود 1 اینچ و 35 میکرون، یا بیش از 100000 لایه گرافن را در عرض چند روز فراهم می‌کند. در مقایسه با تمام نمونه‌های گرافیتی موجود، گرافیت تک کریستالی دارای رسانایی حرارتی حدود 2880 وات بر متر مکعب، مقدار ناچیزی ناخالصی و حداقل فاصله بین لایه‌ها است. (1) سنتز موفقیت‌آمیز فیلم‌های نیکل تک کریستالی با اندازه بزرگ به عنوان زیرلایه‌های فوق تخت از بی‌نظمی گرافیت مصنوعی جلوگیری می‌کند؛ (2) 100000 لایه گرافن در حدود 100 ساعت به صورت ایزوترمال رشد می‌کنند، به طوری که هر لایه گرافن در محیط شیمیایی و دمای یکسانی سنتز می‌شود که کیفیت یکنواخت گرافیت را تضمین می‌کند؛ (3) تأمین مداوم کربن از طریق پشت فویل نیکل به لایه‌های گرافن اجازه می‌دهد تا به طور مداوم با سرعت بسیار بالایی، تقریباً یک لایه در هر پنج ثانیه، رشد کنند.