नए शोध से बेहतर ग्रेफाइट फिल्मों का पता चला है

उच्च गुणवत्ता वाले ग्रेफाइट में उत्कृष्ट यांत्रिक शक्ति, ऊष्मीय स्थिरता, उच्च लचीलापन और बहुत उच्च समतल ऊष्मीय एवं विद्युत चालकता होती है, जो इसे टेलीफोन की बैटरी में उपयोग होने वाले फोटोथर्मल कंडक्टर जैसे कई अनुप्रयोगों के लिए सबसे महत्वपूर्ण उन्नत सामग्रियों में से एक बनाती है। उदाहरण के लिए, एक विशेष प्रकार का ग्रेफाइट, अत्यधिक व्यवस्थित पायरोलिटिक ग्रेफाइट (HOPG), प्रयोगशालाओं में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में से एक है। ये उत्कृष्ट गुण ग्रेफाइट की परतदार संरचना के कारण हैं, जहाँ ग्रेफीन परतों में कार्बन परमाणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंधन उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों, ऊष्मीय एवं विद्युत चालकता में योगदान करते हैं, जबकि ग्रेफीन परतों के बीच बहुत कम अंतःक्रिया होती है। इस क्रिया के परिणामस्वरूप ग्रेफाइट में उच्च स्तर का लचीलापन होता है। यद्यपि ग्रेफाइट की खोज प्रकृति में 1000 वर्षों से अधिक समय पहले हुई थी और इसके कृत्रिम संश्लेषण का अध्ययन 100 वर्षों से अधिक समय से किया जा रहा है, फिर भी प्राकृतिक और कृत्रिम दोनों प्रकार के ग्रेफाइट नमूनों की गुणवत्ता आदर्श से बहुत दूर है। उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट पदार्थों में सबसे बड़े एकल क्रिस्टल ग्रेफाइट डोमेन का आकार आमतौर पर 1 मिमी से कम होता है, जो क्वार्ट्ज एकल क्रिस्टल और सिलिकॉन एकल क्रिस्टल जैसे कई क्रिस्टलों के आकार के बिल्कुल विपरीत है। इनका आकार एक मीटर तक हो सकता है। एकल क्रिस्टल ग्रेफाइट का इतना छोटा आकार ग्रेफाइट परतों के बीच कमजोर अंतःक्रिया के कारण होता है, और वृद्धि के दौरान ग्रेफीन परत की समतलता को बनाए रखना कठिन होता है, इसलिए ग्रेफाइट आसानी से कई एकल क्रिस्टल कण सीमाओं में अव्यवस्थित रूप से टूट जाता है। इस प्रमुख समस्या को हल करने के लिए, उल्सान राष्ट्रीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान (यूएनआईएसटी) के प्रोफेसर एमेरिटस और उनके सहयोगियों, पेकिंग विश्वविद्यालय के प्रोफेसर लियू काइहुई, प्रोफेसर वांग एंगे और अन्य ने इंच पैमाने तक की पतली ग्रेफाइट एकल क्रिस्टल फिल्म के संश्लेषण के लिए एक रणनीति प्रस्तावित की है। उनकी विधि में एक एकल-क्रिस्टल निकल पन्नी को सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किया जाता है, और कार्बन परमाणुओं को "समतापी विघटन-प्रसार-जमाव प्रक्रिया" के माध्यम से निकल पन्नी के पीछे से डाला जाता है। गैसीय कार्डबोर्ड स्रोत का उपयोग करने के बजाय, उन्होंने ग्रेफाइट के विकास को सुविधाजनक बनाने के लिए एक ठोस कार्बन सामग्री का विकल्प चुना। यह नई रणनीति कुछ ही दिनों में लगभग 1 इंच और 35 माइक्रोन की मोटाई वाली एकल-क्रिस्टल ग्रेफाइट फिल्मों, या 100,000 से अधिक ग्राफीन परतों का उत्पादन करना संभव बनाती है। उपलब्ध सभी ग्रेफाइट नमूनों की तुलना में, एकल-क्रिस्टल ग्रेफाइट की तापीय चालकता ~2880 W m-1K-1 है, अशुद्धियों की मात्रा नगण्य है, और परतों के बीच न्यूनतम दूरी है। (1) अति-समतल सब्सट्रेट के रूप में बड़े आकार की एकल-क्रिस्टल निकल फिल्मों का सफल संश्लेषण सिंथेटिक ग्रेफाइट के अव्यवस्था से बचाता है; (2) लगभग 100 घंटों में समतापीय रूप से ग्रेफीन की 100,000 परतें विकसित की जाती हैं, ताकि ग्रेफीन की प्रत्येक परत एक ही रासायनिक वातावरण और तापमान में संश्लेषित हो, जो ग्रेफाइट की एकरूप गुणवत्ता सुनिश्चित करता है; (3) निकल पन्नी के विपरीत दिशा से कार्बन की निरंतर आपूर्ति ग्रेफीन की परतों को बहुत उच्च दर पर निरंतर बढ़ने देती है, लगभग हर पांच सेकंड में एक परत।