Wysokiej jakości grafit charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością mechaniczną, stabilnością termiczną, wysoką elastycznością oraz bardzo wysokim przewodnictwem cieplnym i elektrycznym w płaszczyźnie, co czyni go jednym z najważniejszych zaawansowanych materiałów do wielu zastosowań, takich jak przewodniki fototermiczne używane jako baterie w telefonach. Na przykład, specjalny rodzaj grafitu, wysokouporządkowany grafit pirolityczny (HOPG), jest jednym z najczęściej stosowanych w laboratoriach. Materiał. Te doskonałe właściwości wynikają z warstwowej struktury grafitu, w której silne wiązania kowalencyjne między atomami węgla w warstwach grafenu przyczyniają się do doskonałych właściwości mechanicznych, przewodnictwa cieplnego i elektrycznego, przy jednoczesnym bardzo niewielkim oddziaływaniu między warstwami grafenu. Działanie to skutkuje wysokim stopniem elastyczności. grafit. Chociaż grafit jest odkryty w naturze od ponad 1000 lat, a jego sztuczna synteza jest badana od ponad 100 lat, jakość próbek grafitu, zarówno naturalnego, jak i syntetycznego, jest daleka od ideału. Na przykład rozmiar największych domen grafitu monokrystalicznego w materiałach grafitowych wynosi zazwyczaj mniej niż 1 mm, co stoi w jaskrawym kontraście z rozmiarem wielu kryształów, takich jak monokryształy kwarcu i monokryształy krzemu. Rozmiar może osiągnąć skalę metra. Bardzo mały rozmiar monokrystalicznego grafitu wynika ze słabej interakcji między warstwami grafitu, a płaskość warstwy grafenu jest trudna do utrzymania podczas wzrostu, więc grafit łatwo rozpada się na kilka granic ziaren monokrystalicznych w nieładzie. Aby rozwiązać ten kluczowy problem, emerytowany profesor Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i jego współpracownicy prof. Liu Kaihui, prof. Wang Enge z Uniwersytetu Pekińskiego i inni zaproponowali strategię syntezy cienkich, rzędu wielkości monokryształów grafitu. film, aż do skali calowej. Ich metoda wykorzystuje monokrystaliczną folię niklową jako podłoże, a atomy węgla są podawane z tyłu folii niklowej poprzez „izotermiczny proces rozpuszczania-dyfuzji-osadzania”. Zamiast gazowego źródła tektury, zdecydowali się na stały materiał węglowy, aby ułatwić wzrost grafitu. Ta nowa strategia umożliwia produkcję monokrystalicznych warstw grafitu o grubości około 1 cala i 35 mikronów, lub ponad 100 000 warstw grafenu w ciągu kilku dni. W porównaniu do wszystkich dostępnych próbek grafitu, monokrystaliczny grafit ma przewodność cieplną ~2880 W m-1K-1, nieznaczną zawartość zanieczyszczeń i minimalną odległość między warstwami. (1) Udana synteza monokrystalicznych warstw niklowych o dużym rozmiarze jako ultrapłaskich podłoży zapobiega nieuporządkowaniu syntetycznego grafitu; (2) 100 000 warstw grafenu hoduje się izotermicznie w ciągu około 100 godzin, tak aby każda warstwa grafenu była syntetyzowana w tym samym środowisku chemicznym i temperaturze, co zapewnia jednolitą jakość grafitu; (3) Ciągłe dostarczanie węgla przez odwrotną stronę folii niklowej umożliwia ciągły wzrost warstw grafenu z bardzo dużą szybkością, wynoszącą w przybliżeniu jedną warstwę co pięć sekund.
Czas publikacji: 09-11-2022