Aukštos kokybės grafitas pasižymi puikiu mechaniniu stiprumu, terminiu stabilumu, dideliu lankstumu ir labai dideliu plokštuminiu šilumos bei elektros laidumu, todėl tai viena svarbiausių pažangių medžiagų daugeliui pritaikymų, pavyzdžiui, fototerminiams laidininkams, naudojamiems kaip telefonų baterijos. Pavyzdžiui, specialus grafito tipas, labai tvarkingas pirolitinis grafitas (HOPG), yra vienas iš dažniausiai naudojamų laboratorijose. Šios puikios savybės atsiranda dėl sluoksniuotos grafito struktūros, kur stiprios kovalentinės jungtys tarp anglies atomų grafeno sluoksniuose prisideda prie puikių mechaninių savybių, šilumos ir elektros laidumo, o sąveika tarp grafeno sluoksnių yra labai maža. Šis veiksmas lemia didelį lankstumą. Nors grafitas gamtoje buvo atrastas daugiau nei 1000 metų, o jo dirbtinė sintezė buvo tiriama daugiau nei 100 metų, grafito mėginių, tiek natūralių, tiek sintetinių, kokybė toli gražu nėra ideali. Pavyzdžiui, didžiausių monokristalų grafito domenų dydis grafito medžiagose paprastai yra mažesnis nei 1 mm, o tai smarkiai skiriasi nuo daugelio kristalų, tokių kaip kvarco monokristalai ir silicio monokristalai, dydžio. Dydis gali siekti metro skalę. Labai mažas monokristalinio grafito dydis atsiranda dėl silpnos grafito sluoksnių sąveikos, o grafeno sluoksnio plokštumą augimo metu sunku išlaikyti, todėl grafitas lengvai suskaidomas į kelias netvarkingas monokristalinių grūdelių ribas. Norėdami išspręsti šią pagrindinę problemą, Ulsano nacionalinio mokslo ir technologijos instituto (UNIST) emeritas profesorius ir jo bendradarbiai prof. Liu Kaihui, Pekino universiteto prof. Wang Enge ir kiti pasiūlė plonų, iki colio dydžio grafito monokristalų plėvelės sintezės strategiją. Jų metodas naudoja monokristalinę nikelio foliją kaip pagrindą, o anglies atomai tiekiami iš nikelio folijos galo per „izoterminį tirpimo-difuzijos-nusodinimo procesą“. Užuot naudoję dujinį kartono šaltinį, jie pasirinko kietą anglies medžiagą, kad palengvintų grafito augimą. Ši nauja strategija leidžia per kelias dienas pagaminti maždaug 1 colio ir 35 mikronų storio monokristalines grafito plėveles arba daugiau nei 100 000 grafeno sluoksnių. Palyginti su visais turimais grafito pavyzdžiais, monokristalinio grafito šilumos laidumas yra ~2880 W m-1K-1, priemaišų kiekis nereikšmingas, o atstumas tarp sluoksnių yra minimalus. (1) Sėkmingai susintetinus didelius monokristalinius nikelio sluoksnius kaip itin plokščius substratus, išvengiama sintetinio grafito netvarkingumo; (2) 100 000 grafeno sluoksnių izotermiškai užauginama maždaug per 100 valandų, todėl kiekvienas grafeno sluoksnis susintetinamas toje pačioje cheminėje aplinkoje ir temperatūroje, o tai užtikrina vienodą grafito kokybę; (3) Nuolatinis anglies tiekimas per nikelio folijos išvirkščiąją pusę leidžia grafeno sluoksniams nuolat augti labai dideliu greičiu, maždaug po vieną sluoksnį kas penkias sekundes.
Įrašo laikas: 2022 m. lapkričio 9 d.