Augstas kvalitātes grafītam ir lieliska mehāniskā izturība, termiskā stabilitāte, augsta elastība un ļoti augsta siltumvadītspēja un elektrovadītspēja plaknē, padarot to par vienu no svarīgākajiem progresīvajiem materiāliem daudziem pielietojumiem, piemēram, fototermiskajiem vadītājiem, ko izmanto kā baterijas telefonos. Piemēram, īpašs grafīta veids, ļoti sakārtots pirolītiskais grafīts (HOPG), ir viens no visbiežāk izmantotajiem laboratorijās. Materiāls. Šīs lieliskās īpašības ir saistītas ar grafīta slāņveida struktūru, kur spēcīgās kovalentās saites starp oglekļa atomiem grafēna slāņos veicina lieliskas mehāniskās īpašības, siltumvadītspēju un elektrovadītspēju, savukārt mijiedarbība starp grafēna slāņiem ir ļoti neliela. Šīs darbības rezultātā tiek panākta augsta elastības pakāpe. Lai gan grafīts dabā ir atklāts jau vairāk nekā 1000 gadus un tā mākslīgā sintēze ir pētīta vairāk nekā 100 gadus, gan dabisko, gan sintētisko grafīta paraugu kvalitāte nebūt nav ideāla. Piemēram, lielāko monokristāla grafīta domēnu izmērs grafīta materiālos parasti ir mazāks par 1 mm, kas krasi atšķiras no daudzu kristālu, piemēram, kvarca monokristālu un silīcija monokristālu, izmēra. Izmērs var sasniegt metra mērogu. Ļoti mazais monokristāla grafīta izmērs ir saistīts ar vāju mijiedarbību starp grafīta slāņiem, un grafēna slāņa plakanumu augšanas laikā ir grūti saglabāt, tāpēc grafīts viegli sadalās vairākās monokristāla graudu robežās nesakārtotā veidā. Lai atrisinātu šo galveno problēmu, Ulsanas Nacionālā zinātnes un tehnoloģiju institūta (UNIST) emerētais profesors un viņa līdzstrādnieki profesors Liu Kaihui, Pekinas Universitātes profesors Vans Enge un citi ir ierosinājuši stratēģiju plānu grafīta monokristālu plēves sintezēšanai līdz pat collu mērogam. Viņu metode kā substrātu izmanto monokristāla niķeļa foliju, un oglekļa atomi tiek padoti no niķeļa folijas aizmugures, izmantojot "izotermisku šķīdināšanas-difūzijas-nogulsnēšanās procesu". Gāzveida kartona avota vietā viņi izvēlējās cietu oglekļa materiālu, lai veicinātu grafīta augšanu. Šī jaunā stratēģija ļauj dažu dienu laikā ražot monokristāla grafīta plēves ar aptuveni 1 collas un 35 mikronu biezumu jeb vairāk nekā 100 000 grafēna slāņu. Salīdzinot ar visiem pieejamajiem grafīta paraugiem, monokristāla grafītam ir siltumvadītspēja ~2880 W m-1K-1, nenozīmīgs piemaisījumu saturs un minimāls attālums starp slāņiem. (1) Veiksmīga liela izmēra monokristāla niķeļa plēvju sintēze kā īpaši plakani substrāti ļauj izvairīties no sintētiskā grafīta nesakārtotības; (2) 100 000 grafēna slāņu tiek izotermiski audzēti aptuveni 100 stundu laikā, lai katrs grafēna slānis tiktu sintezēts vienā un tajā pašā ķīmiskajā vidē un temperatūrā, kas nodrošina vienmērīgu grafīta kvalitāti; (3) Nepārtraukta oglekļa padeve caur niķeļa folijas otru pusi ļauj grafēna slāņiem nepārtraukti augt ļoti lielā ātrumā, aptuveni vienam slānim ik pēc piecām sekundēm.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 9. novembris