Visokokvalitetni grafit ima izvrsnu mehaničku čvrstoću, toplinsku stabilnost, visoku fleksibilnost i vrlo visoku toplinsku i električnu vodljivost u ravnini, što ga čini jednim od najvažnijih naprednih materijala za mnoge primjene poput fototermalnih vodiča koji se koriste kao baterije u telefonima. Na primjer, posebna vrsta grafita, visoko uređeni pirolitički grafit (HOPG), jedan je od najčešće korištenih materijala u laboratorijima. Ova izvrsna svojstva posljedica su slojevite strukture grafita, gdje jake kovalentne veze između atoma ugljika u slojevima grafena doprinose izvrsnim mehaničkim svojstvima, toplinskoj i električnoj vodljivosti, dok je interakcija između slojeva grafena vrlo mala. Djelovanje rezultira visokim stupnjem fleksibilnosti. grafit. Iako je grafit otkriven u prirodi više od 1000 godina, a njegova umjetna sinteza proučava se više od 100 godina, kvaliteta uzoraka grafita, i prirodnih i sintetičkih, daleko je od idealne. Na primjer, veličina najvećih domena monokristala grafita u grafitnim materijalima obično je manja od 1 mm, što je u oštroj suprotnosti s veličinom mnogih kristala poput kvarcnih monokristala i silicijevih monokristala. Veličina može doseći skalu metra. Vrlo mala veličina monokristalnog grafita posljedica je slabe interakcije između slojeva grafita, a ravnost sloja grafena teško je održati tijekom rasta, pa se grafit lako razbija na nekoliko granica zrna monokristala u poremećaju. Kako bi riješili ovaj ključni problem, profesor emeritus Nacionalnog instituta za znanost i tehnologiju Ulsan (UNIST) i njegovi suradnici prof. Liu Kaihui, prof. Wang Enge sa Sveučilišta u Pekingu i drugi predložili su strategiju za sintezu tankog filma monokristalnog grafita reda veličine, do inčne skale. Njihova metoda koristi monokristalnu nikl foliju kao podlogu, a atomi ugljika se unose sa stražnje strane nikl folije putem „izotermnog procesa otapanja-difuzije-taloženja“. Umjesto korištenja plinovitog kartonskog izvora, odlučili su se za čvrsti ugljični materijal kako bi olakšali rast grafita. Ova nova strategija omogućuje proizvodnju monokristalnih grafitnih filmova debljine oko 1 inča i 35 mikrona, ili više od 100 000 slojeva grafena u nekoliko dana. U usporedbi sa svim dostupnim uzorcima grafita, monokristalni grafit ima toplinsku vodljivost od ~2880 W m-1K-1, neznatan sadržaj nečistoća i minimalnu udaljenost između slojeva. (1) Uspješna sinteza monokristalnih nikl filmova velike veličine kao ultra-ravnih podloga izbjegava neuređenost sintetičkog grafita; (2) 100 000 slojeva grafena uzgaja se izotermno u oko 100 sati, tako da se svaki sloj grafena sintetizira u istom kemijskom okruženju i temperaturi, što osigurava ujednačenu kvalitetu grafita; (3) Kontinuirana opskrba ugljikom kroz stražnju stranu niklne folije omogućuje slojevima grafena kontinuirani rast vrlo velikom brzinom, otprilike jedan sloj svakih pet sekundi.
Vrijeme objave: 09. studenog 2022.