Grafit berkualitas tinggi memiliki kekuatan mekanik yang sangat baik, stabilitas termal, fleksibilitas tinggi, dan konduktivitas termal dan listrik bidang yang sangat tinggi, menjadikannya salah satu material canggih terpenting untuk banyak aplikasi seperti konduktor fototermal yang digunakan sebagai baterai di telepon. Misalnya, jenis grafit khusus, grafit pirolitik yang sangat teratur (HOPG), adalah salah satu material yang paling umum digunakan di laboratorium. Sifat-sifat unggul ini disebabkan oleh struktur berlapis grafit, di mana ikatan kovalen yang kuat antara atom karbon dalam lapisan grafena berkontribusi pada sifat mekanik, konduktivitas termal dan listrik yang sangat baik, sementara interaksi yang sangat sedikit antara lapisan grafena menghasilkan fleksibilitas grafit yang tinggi. Meskipun grafit telah ditemukan di alam selama lebih dari 1000 tahun dan sintesis buatannya telah dipelajari selama lebih dari 100 tahun, kualitas sampel grafit, baik alami maupun sintetis, masih jauh dari ideal. Misalnya, ukuran domain kristal tunggal grafit terbesar dalam material grafit biasanya kurang dari 1 mm, yang sangat kontras dengan ukuran banyak kristal seperti kristal tunggal kuarsa dan kristal tunggal silikon. Ukurannya dapat mencapai skala satu meter. Ukuran grafit kristal tunggal yang sangat kecil disebabkan oleh interaksi yang lemah antara lapisan grafit, dan kerataan lapisan grafena sulit dipertahankan selama pertumbuhan, sehingga grafit mudah pecah menjadi beberapa batas butir kristal tunggal secara tidak teratur. Untuk mengatasi masalah utama ini, Profesor Emeritus dari Institut Sains dan Teknologi Nasional Ulsan (UNIST) dan para kolaboratornya, Prof. Liu Kaihui, Prof. Wang Enge dari Universitas Peking, dan lainnya telah mengusulkan strategi untuk mensintesis film kristal tunggal grafit tipis hingga skala inci. Metode mereka menggunakan lembaran nikel kristal tunggal sebagai substrat, dan atom karbon dimasukkan dari belakang lembaran nikel melalui "proses pelarutan-difusi-deposisi isotermal". Alih-alih menggunakan sumber karton gas, mereka memilih material karbon padat untuk memfasilitasi pertumbuhan grafit. Strategi baru ini memungkinkan produksi film grafit kristal tunggal dengan ketebalan sekitar 1 inci dan 35 mikron, atau lebih dari 100.000 lapisan grafena dalam beberapa hari. Dibandingkan dengan semua sampel grafit yang tersedia, grafit kristal tunggal memiliki konduktivitas termal ~2880 W m-1K-1, kandungan pengotor yang tidak signifikan, dan jarak minimum antar lapisan. (1) Sintesis film nikel kristal tunggal berukuran besar yang berhasil sebagai substrat ultra-datar menghindari gangguan grafit sintetis; (2) 100.000 lapisan grafena ditumbuhkan secara isotermal dalam waktu sekitar 100 jam, sehingga setiap lapisan grafena disintesis dalam lingkungan kimia dan suhu yang sama, yang memastikan kualitas grafit yang seragam; (3) Pasokan karbon yang berkelanjutan melalui sisi belakang foil nikel memungkinkan lapisan grafena untuk terus tumbuh dengan laju yang sangat tinggi, kira-kira satu lapisan setiap lima detik.”
Waktu posting: 09 November 2022