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、非常に高い面内熱伝導率と電気伝導率を備えているため、電話のバッテリーとして使用される光熱導体など、多くの用途で最も重要な先進材料の 1 つとなっています。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、グラフェン層の炭素原子間の強い共有結合が優れた機械的特性、熱伝導率、電気伝導率に寄与する一方で、グラフェン層間の相互作用は非常に少ないため、グラファイトの高い柔軟性が実現されます。グラファイトは 1000 年以上前に自然界で発見され、100 年以上前に人工合成が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とは程遠いものです。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サイズは通常1 mm未満であり、これは石英単結晶やシリコン単結晶などの多くの結晶のサイズとは著しく対照的です。これらの結晶のサイズはメートル規模に達することがあります。単結晶グラファイトのサイズが非常に小さいのは、グラファイト層間の相互作用が弱く、成長中にグラフェン層の平坦性を維持することが難しいため、グラファイトが容易に複数の単結晶粒界に乱れて破壊されるためです。この重要な問題を解決するために、蔚山科学技術大学（UNIST）名誉教授と共同研究者の劉凱輝教授、北京大学の王恩格教授らは、インチ規模までの薄いグラファイト単結晶膜を合成する戦略を提案しました。彼らの方法は、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。気体状の段ボール源を使用する代わりに、固体炭素材料を選択してグラファイトの成長を促進しました。この新しい戦略により、厚さ約 1 インチ、35 ミクロンの単結晶グラファイトフィルム、または 10 万層以上のグラフェン層を数日で製造することが可能になります。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は、約 2880 W m-1K-1 の熱伝導率、ごくわずかな不純物含有量、および最小の層間距離を備えています。(1) 超平坦基板として大型の単結晶ニッケルフィルムの合成に成功し、合成グラファイトの無秩序化を回避します。(2) 10 万層のグラフェンが約 100 時間で等温成長するため、グラフェンの各層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）ニッケル箔の裏面から炭素を連続的に供給することで、グラフェン層が非常に速い速度で連続的に成長し、およそ５秒に１層の成長を遂げる。」
投稿日時：2022年11月9日