ახალი კვლევა უკეთეს გრაფიტის ფირებს ავლენს

მაღალი ხარისხის გრაფიტს აქვს შესანიშნავი მექანიკური სიმტკიცე, თერმული სტაბილურობა, მაღალი მოქნილობა და ძალიან მაღალი სიბრტყის თბო და ელექტროგამტარობა, რაც მას ერთ-ერთ უმნიშვნელოვანეს მოწინავე მასალად აქცევს მრავალი გამოყენებისთვის, როგორიცაა ფოტოთერმული გამტარები, რომლებიც გამოიყენება ტელეფონებში ბატარეებად. მაგალითად, გრაფიტის განსაკუთრებული ტიპი, მაღალმოწესრიგებული პიროლიზური გრაფიტი (HOPG), ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული მასალაა ლაბორატორიებში. მასალა. ეს შესანიშნავი თვისებები განპირობებულია გრაფიტის ფენოვანი სტრუქტურით, სადაც გრაფენის ფენებში ნახშირბადის ატომებს შორის ძლიერი კოვალენტური ბმები ხელს უწყობს შესანიშნავ მექანიკურ თვისებებს, თბო და ელექტროგამტარობას, მაშინ როდესაც გრაფენის ფენებს შორის ძალიან მცირე ურთიერთქმედებაა. მოქმედება იწვევს მოქნილობის მაღალ ხარისხს. გრაფიტი. მიუხედავად იმისა, რომ გრაფიტი ბუნებაში 1000 წელზე მეტია აღმოაჩინეს და მისი ხელოვნური სინთეზი 100 წელზე მეტია შესწავლილია, გრაფიტის ნიმუშების ხარისხი, როგორც ბუნებრივი, ასევე სინთეზური, შორს არის იდეალურისგან. მაგალითად, გრაფიტის მასალებში უდიდესი ერთკრისტალური გრაფიტის დომენების ზომა, როგორც წესი, 1 მმ-ზე ნაკლებია, რაც მკვეთრად ეწინააღმდეგება მრავალი კრისტალის ზომას, როგორიცაა კვარცის ერთკრისტალები და სილიციუმის ერთკრისტალები. ზომამ შეიძლება მიაღწიოს მეტრის მასშტაბს. ერთკრისტალური გრაფიტის ძალიან მცირე ზომა განპირობებულია გრაფიტის ფენებს შორის სუსტი ურთიერთქმედებით და გრაფენის ფენის სიბრტყის შენარჩუნება ზრდის დროს რთულია, ამიტომ გრაფიტი ადვილად იშლება რამდენიმე ერთკრისტალური მარცვლის საზღვრებად უწესრიგოდ. ამ მთავარი პრობლემის გადასაჭრელად, ულსანის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ეროვნული ინსტიტუტის (UNIST) დამსახურებულმა პროფესორმა და მისმა თანამშრომლებმა, პროფესორმა ლიუ კაიჰუიმ, პეკინის უნივერსიტეტის პროფესორმა ვანგ ენგემ და სხვებმა, შემოგვთავაზეს თხელი, სიდიდის რიგის გრაფიტის ერთკრისტალების ფირის სინთეზირების სტრატეგია, ინჩის მასშტაბამდე. მათი მეთოდი იყენებს ერთკრისტალურ ნიკელის ფოლგას, როგორც სუბსტრატს, ხოლო ნახშირბადის ატომები მიეწოდება ნიკელის ფოლგის უკანა მხრიდან „იზოთერმული დაშლა-დიფუზია-დალექვის პროცესის“ მეშვეობით. აირისებრი მუყაოს წყაროს გამოყენების ნაცვლად, მათ აირჩიეს მყარი ნახშირბადის მასალა გრაფიტის ზრდის გასაადვილებლად. ეს ახალი სტრატეგია შესაძლებელს ხდის რამდენიმე დღეში დაახლოებით 1 ინჩისა და 35 მიკრონის სისქის ერთკრისტალური გრაფიტის ფირების წარმოებას, ანუ 100,000-ზე მეტი გრაფენის ფენის. ყველა არსებულ გრაფიტის ნიმუშთან შედარებით, ერთკრისტალურ გრაფიტს აქვს ~2880 W m-1K-1 თბოგამტარობა, მინარევების უმნიშვნელო შემცველობა და ფენებს შორის მინიმალური მანძილი. (1) დიდი ზომის ერთკრისტალური ნიკელის ფირების წარმატებული სინთეზი, როგორც ულტრაბრტყელი სუბსტრატები, თავიდან აგაცილებთ სინთეზური გრაფიტის არეულობას; (2) გრაფენის 100,000 ფენა იზრდება იზოთერმულად დაახლოებით 100 საათში, ისე, რომ გრაფენის თითოეული ფენა სინთეზირდება ერთსა და იმავე ქიმიურ გარემოსა და ტემპერატურაზე, რაც უზრუნველყოფს გრაფიტის ერთგვაროვან ხარისხს; (3) ნიკელის ფოლგის უკანა მხრიდან ნახშირბადის უწყვეტი მიწოდება საშუალებას აძლევს გრაფენის ფენებს უწყვეტად გაიზარდოს ძალიან მაღალი ტემპით, დაახლოებით ერთი ფენა ყოველ ხუთ წამში.