高品質のグラファイトは、優れた機械的強度、熱安定性、高い柔軟性、および非常に高い面内熱伝導性と電気伝導性を備えているため、電話のバッテリーとして使用される光熱伝導体など、多くの用途で最も重要な先進材料の1つになっています。たとえば、特殊なタイプのグラファイトである高配向熱分解グラファイト（HOPG）は、研究室で最も一般的に使用されている材料の1つです。これらの優れた特性はグラファイトの層状構造によるもので、グラフェン層内の炭素原子間の強力な共有結合が優れた機械的特性、熱伝導性、電気伝導性に寄与する一方で、グラフェン層間の相互作用がほとんどありません。この作用により、高度な柔軟性が実現します。グラファイトは1000年以上前から自然界で発見されており、その人工合成は100年以上研究されてきましたが、天然および合成のグラファイトサンプルの品質は理想からはほど遠いものです。例えば、グラファイト材料中の最大の単結晶グラファイトドメインの大きさは通常1 mm未満で、石英単結晶やシリコン単結晶など多くの結晶の大きさとは対照的です。その大きさはメートルスケールに達することもあります。単結晶グラファイトが非常に小さいのは、グラファイト層間の相互作用が弱いことと、成長中にグラフェン層の平坦性を維持するのが難しいことに起因しており、グラファイトは無秩序にいくつかの単結晶粒界に簡単に分割されます。この重要な問題を解決するために、蔚山国立科学技術研究院（UNIST）の名誉教授と彼の協力者である劉開輝教授、北京大学の王エンゲ教授らは、インチスケールまでの桁違いの薄いグラファイト単結晶フィルムを合成する戦略を提案しました。彼らの方法では、単結晶ニッケル箔を基板として使用し、「等温溶解-拡散-堆積プロセス」によってニッケル箔の裏側から炭素原子を供給します。彼らは、ガス状の段ボール源を使用する代わりに、グラファイトの成長を促進するために固体炭素材料を選択しました。この新しい戦略により、数日間で厚さ約1インチ、35ミクロン、つまり10万層以上のグラフェンを持つ単結晶グラファイト膜を製造できるようになりました。入手可能なすべてのグラファイトサンプルと比較して、単結晶グラファイトの熱伝導率は約2880 W m-1K-1で、不純物含有量はわずかで、層間距離は最小限です。(1) 超平坦基板として大型の単結晶ニッケル膜の合成に成功したことで、合成グラファイトの無秩序化を回避できました。(2) 10万層のグラフェンが約100時間で等温に成長するため、各層のグラフェンは同じ化学環境と温度で合成され、グラファイトの均一な品質が保証されます。 （３）ニッケル箔の裏側から炭素が継続的に供給されるため、グラフェンの層は5秒ごとに1層という非常に高い速度で継続的に成長します。
投稿日時: 2022年11月9日