A kiváló minőségű grafit kiváló mechanikai szilárdsággal, hőstabilitással, nagyfokú rugalmassággal és nagyon magas síkbeli hő- és elektromos vezetőképességgel rendelkezik, így az egyik legfontosabb fejlett anyag számos alkalmazáshoz, például a telefonokban akkumulátorként használt fototermikus vezetőkhöz. Például egy speciális grafittípus, a magasan rendezett pirolitikus grafit (HOPG) az egyik leggyakrabban használt laboratóriumi anyag. Ezek a kiváló tulajdonságok a grafit réteges szerkezetének köszönhetők, ahol a grafénrétegekben lévő szénatomok közötti erős kovalens kötések kiváló mechanikai tulajdonságokhoz, hő- és elektromos vezetőképességhez járulnak hozzá, míg a grafénrétegek között nagyon csekély a kölcsönhatás. Ez a hatás nagyfokú rugalmasságot eredményez. grafit. Bár a grafitot már több mint 1000 éve felfedezik a természetben, és mesterséges szintézisét több mint 100 éve tanulmányozzák, a grafitminták minősége, mind a természetes, mind a szintetikus, messze nem ideális. Például a grafitanyagokban található legnagyobb egykristályos grafitdomének mérete jellemzően kisebb, mint 1 mm, ami éles ellentétben áll számos kristály, például a kvarc egykristályok és a szilícium egykristályok méretével. A méret elérheti a méteres méretarányt is. Az egykristályos grafit nagyon kis mérete a grafitrétegek közötti gyenge kölcsönhatásnak köszönhető, és a grafénréteg síkságát nehéz fenntartani a növekedés során, így a grafit könnyen több egykristályos szemcsehatárra bomlik rendezetlenül. Ennek a kulcsfontosságú problémának a megoldására az Ulsani Nemzeti Tudományos és Technológiai Intézet (UNIST) emeritus professzora és munkatársai, Liu Kaihui professzor, a Pekingi Egyetem Wang Enge professzora és mások egy stratégiát javasoltak nagyságrendnyi grafit egykristályos filmek szintézisére, egészen az hüvelykes méretarányig. Módszerük egykristályos nikkelfóliát használ szubsztrátként, és a szénatomokat a nikkelfólia hátuljáról táplálják egy „izotermikus oldódási-diffúziós-lerakódási folyamaton” keresztül. Gáz halmazállapotú kartonforrás helyett szilárd szén anyagot választottak a grafit növekedésének elősegítésére. Ez az új stratégia lehetővé teszi körülbelül 1 hüvelyk és 35 mikron vastagságú egykristályos grafitfilmek, vagyis több mint 100 000 grafénréteg előállítását néhány nap alatt. Az összes elérhető grafitmintához képest az egykristályos grafit hővezető képessége ~2880 W m-1K-1, a szennyeződések tartalma elhanyagolható, és a rétegek közötti távolság minimális. (1) A nagy méretű egykristályos nikkelfilmek ultralapos szubsztrátumként történő sikeres szintézise elkerüli a szintetikus grafit rendezetlenségét; (2) 100 000 grafénréteget növesztenek izotermikusan körülbelül 100 óra alatt, így minden grafénréteg ugyanabban a kémiai környezetben és hőmérsékleten szintetizálódik, ami biztosítja a grafit egyenletes minőségét; (3) A nikkelfólia hátoldalán keresztüli folyamatos szénellátás lehetővé teszi a grafénrétegek folyamatos, nagyon gyors növekedését, körülbelül öt másodpercenként egy réteget.
Közzététel ideje: 2022. november 9.