മികച്ച ഗ്രാഫൈറ്റ് ഫിലിമുകൾ പുതിയ ഗവേഷണം വെളിപ്പെടുത്തുന്നു

ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ഗ്രാഫൈറ്റിന് മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ശക്തി, താപ സ്ഥിരത, ഉയർന്ന വഴക്കം, വളരെ ഉയർന്ന ഇൻ-പ്ലെയിൻ താപ, വൈദ്യുത ചാലകത എന്നിവയുണ്ട്, ഇത് ടെലിഫോണുകളിൽ ബാറ്ററികളായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഫോട്ടോതെർമൽ കണ്ടക്ടറുകൾ പോലുള്ള നിരവധി ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട നൂതന വസ്തുക്കളിൽ ഒന്നാക്കി മാറ്റുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു പ്രത്യേക തരം ഗ്രാഫൈറ്റ്, ഉയർന്ന ഓർഡർ ഉള്ള പൈറോളിറ്റിക് ഗ്രാഫൈറ്റ് (HOPG), ലബോറട്ടറികളിൽ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒന്നാണ്. മെറ്റീരിയൽ. ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ പാളികളുള്ള ഘടനയാണ് ഈ മികച്ച ഗുണങ്ങൾക്ക് കാരണം, ഇവിടെ ഗ്രാഫൈൻ പാളികളിലെ കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള ശക്തമായ കോവാലന്റ് ബോണ്ടുകൾ മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളായ താപ, വൈദ്യുത ചാലകതയ്ക്ക് കാരണമാകുന്നു, അതേസമയം ഗ്രാഫൈൻ പാളികൾ തമ്മിലുള്ള ഇടപെടൽ വളരെ കുറവാണ്. ഈ പ്രവർത്തനം ഉയർന്ന അളവിലുള്ള വഴക്കത്തിന് കാരണമാകുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റ്. 1000 വർഷത്തിലേറെയായി പ്രകൃതിയിൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ടെങ്കിലും അതിന്റെ കൃത്രിമ സിന്തസിസ് 100 വർഷത്തിലേറെയായി പഠിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, പ്രകൃതിദത്തവും കൃത്രിമവുമായ ഗ്രാഫൈറ്റ് സാമ്പിളുകളുടെ ഗുണനിലവാരം ആദർശത്തിൽ നിന്ന് വളരെ അകലെയാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഗ്രാഫൈറ്റ് വസ്തുക്കളിലെ ഏറ്റവും വലിയ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഡൊമെയ്‌നുകളുടെ വലുപ്പം സാധാരണയായി 1 മില്ലിമീറ്ററിൽ താഴെയാണ്, ഇത് ക്വാർട്സ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകൾ, സിലിക്കൺ സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകൾ തുടങ്ങിയ നിരവധി ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ വലുപ്പത്തിൽ നിന്ന് തികച്ചും വ്യത്യസ്തമാണ്. ഒരു മീറ്ററിന്റെ വലിപ്പം വരെ വലിപ്പം എത്താം. ഗ്രാഫൈറ്റ് പാളികൾ തമ്മിലുള്ള ദുർബലമായ പ്രതിപ്രവർത്തനം മൂലമാണ് സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ വളരെ ചെറിയ വലിപ്പം, വളർച്ചയ്ക്കിടെ ഗ്രാഫൈൻ പാളിയുടെ പരന്നത നിലനിർത്താൻ പ്രയാസമാണ്, അതിനാൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രമരഹിതമായി നിരവധി സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രെയിൻ ബൗണ്ടറികളായി എളുപ്പത്തിൽ വിഭജിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ പ്രധാന പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിന്, ഉൽസാൻ നാഷണൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് സയൻസ് ആൻഡ് ടെക്നോളജിയിലെ (UNIST) പ്രൊഫസർ എമെറിറ്റസും അദ്ദേഹത്തിന്റെ സഹകാരികളായ പ്രൊഫ. ലിയു കൈഹുയി, പീക്കിംഗ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ പ്രൊഫ. വാങ് എങ്കെ, മറ്റുള്ളവർ എന്നിവർ നേർത്ത ഓർഡർ-ഓഫ്-മാഗ്നിറ്റ്യൂഡ് ഗ്രാഫൈറ്റ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകൾ. ഫിലിം, ഇഞ്ച് സ്കെയിൽ വരെ സമന്വയിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു തന്ത്രം നിർദ്ദേശിച്ചിട്ടുണ്ട്. അവരുടെ രീതി ഒരു സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ നിക്കൽ ഫോയിൽ ഒരു സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, കൂടാതെ കാർബൺ ആറ്റങ്ങളെ നിക്കൽ ഫോയിലിന്റെ പിൻഭാഗത്ത് നിന്ന് "ഐസോതെർമൽ ഡിസൊല്യൂഷൻ-ഡിഫ്യൂഷൻ-ഡിപ്പോസിഷൻ പ്രക്രിയ" വഴി നൽകുന്നു. ഒരു വാതക കാർഡ്ബോർഡ് ഉറവിടം ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുപകരം, ഗ്രാഫൈറ്റ് വളർച്ച സുഗമമാക്കുന്നതിന് അവർ ഒരു ഖര കാർബൺ മെറ്റീരിയൽ തിരഞ്ഞെടുത്തു. ഈ പുതിയ തന്ത്രം ഉപയോഗിച്ച്, ഏകദേശം 1 ഇഞ്ച് കനവും 35 മൈക്രോണിൽ കൂടുതലുള്ള ഗ്രാഫീൻ പാളികളോ അല്ലെങ്കിൽ 100,000-ത്തിലധികം ഗ്രാഫീൻ പാളികളോ ഉള്ള സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് ഫിലിമുകൾ ഏതാനും ദിവസങ്ങൾക്കുള്ളിൽ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും. ലഭ്യമായ എല്ലാ ഗ്രാഫൈറ്റ് സാമ്പിളുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രാഫൈറ്റിന് ~2880 W m-1K-1 എന്ന താപ ചാലകതയുണ്ട്, മാലിന്യങ്ങളുടെ ഒരു ചെറിയ ഉള്ളടക്കവും പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ദൂരവുമുണ്ട്. (1) അൾട്രാ-ഫ്ലാറ്റ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളായി വലിയ വലിപ്പത്തിലുള്ള സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ നിക്കൽ ഫിലിമുകളുടെ വിജയകരമായ സമന്വയം സിന്തറ്റിക് ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ ക്രമക്കേട് ഒഴിവാക്കുന്നു; (2) 100,000 പാളി ഗ്രാഫീൻ ഏകദേശം 100 മണിക്കൂറിനുള്ളിൽ ഐസോതെർമലായി വളർത്തുന്നു, അങ്ങനെ ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ ഓരോ പാളിയും ഒരേ രാസ അന്തരീക്ഷത്തിലും താപനിലയിലും സമന്വയിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ ഏകീകൃത ഗുണനിലവാരം ഉറപ്പാക്കുന്നു; (3) നിക്കൽ ഫോയിലിന്റെ പിൻവശത്തുകൂടി തുടർച്ചയായി കാർബൺ വിതരണം ചെയ്യുന്നത് ഗ്രാഫീൻ പാളികൾ വളരെ ഉയർന്ന നിരക്കിൽ തുടർച്ചയായി വളരാൻ അനുവദിക്കുന്നു, ഏകദേശം ഓരോ അഞ്ച് സെക്കൻഡിലും ഒരു പാളി, ”