O grafite de alta qualidade possui excelente resistência mecânica, estabilidade térmica, alta flexibilidade e altíssima condutividade térmica e elétrica no plano, tornando-o um dos materiais avançados mais importantes para diversas aplicações, como condutores fototérmicos utilizados em baterias de telefones. Por exemplo, um tipo especial de grafite, o grafite pirolítico altamente ordenado (HOPG), é um dos materiais mais comumente utilizados em laboratórios. Essas excelentes propriedades devem-se à estrutura em camadas do grafite, onde fortes ligações covalentes entre os átomos de carbono nas camadas de grafeno contribuem para excelentes propriedades mecânicas, condutividade térmica e elétrica, enquanto a interação entre as camadas de grafeno é mínima. Essa interação resulta em um alto grau de flexibilidade. Embora o grafite tenha sido descoberto na natureza há mais de 1000 anos e sua síntese artificial seja estudada há mais de 100 anos, a qualidade das amostras de grafite, tanto naturais quanto sintéticas, está longe do ideal. Por exemplo, o tamanho dos maiores domínios de grafite monocristalina em materiais de grafite é tipicamente inferior a 1 mm, o que contrasta fortemente com o tamanho de muitos cristais, como os monocristais de quartzo e silício. O tamanho pode atingir a escala de um metro. O tamanho muito pequeno da grafite monocristalina deve-se à fraca interação entre as camadas de grafite, e a planicidade da camada de grafeno é difícil de manter durante o crescimento, de modo que a grafite se quebra facilmente em vários contornos de grão monocristalinos desordenados. Para resolver esse problema crucial, o Professor Emérito do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST) e seus colaboradores, Prof. Liu Kaihui, Prof. Wang Enge da Universidade de Pequim, entre outros, propuseram uma estratégia para sintetizar filmes finos de monocristais de grafite com espessura da ordem de grandeza de polegadas. O método deles utiliza uma folha de níquel monocristalina como substrato, e os átomos de carbono são alimentados pela parte de trás da folha de níquel através de um “processo isotérmico de dissolução-difusão-deposição”. Em vez de usar uma fonte gasosa de papelão, eles optaram por um material de carbono sólido para facilitar o crescimento do grafite. Essa nova estratégia possibilita a produção de filmes de grafite monocristalina com uma espessura de cerca de 1 polegada e 35 micrômetros, ou mais de 100.000 camadas de grafeno em poucos dias. Comparada a todas as amostras de grafite disponíveis, a grafite monocristalina tem uma condutividade térmica de ~2880 W m-1K-1, um teor insignificante de impurezas e uma distância mínima entre as camadas. (1) A síntese bem-sucedida de filmes de níquel monocristalino de grande tamanho como substratos ultraplanos evita a desordem do grafite sintético; (2) Cem mil camadas de grafeno são cultivadas isotermicamente em cerca de 100 horas, de modo que cada camada de grafeno seja sintetizada no mesmo ambiente químico e temperatura, o que garante a qualidade uniforme do grafite; (3) O fornecimento contínuo de carbono através do lado reverso da folha de níquel permite que as camadas de grafeno cresçam continuamente a uma taxa muito alta, aproximadamente uma camada a cada cinco segundos.”
Data da publicação: 09/11/2022