Grafitul de înaltă calitate are o rezistență mecanică excelentă, stabilitate termică, flexibilitate ridicată și conductivitate termică și electrică în plan foarte mare, ceea ce îl face unul dintre cele mai importante materiale avansate pentru multe aplicații, cum ar fi conductorii fototermici utilizați ca baterii în telefoane. De exemplu, un tip special de grafit, grafitul pirolitic înalt ordonat (HOPG), este unul dintre cele mai frecvent utilizate materiale în laboratoare. Aceste proprietăți excelente se datorează structurii stratificate a grafitului, unde legăturile covalente puternice dintre atomii de carbon din straturile de grafen contribuie la proprietăți mecanice excelente, conductivitate termică și electrică, în timp ce interacțiunea dintre straturile de grafen este foarte mică. Acțiunea are ca rezultat un grad ridicat de flexibilitate. Deși grafitul a fost descoperit în natură de mai bine de 1000 de ani, iar sinteza sa artificială a fost studiată de mai bine de 100 de ani, calitatea probelor de grafit, atât naturale, cât și sintetice, este departe de a fi ideală. De exemplu, dimensiunea celor mai mari domenii de grafit monocristal din materialele de grafit este de obicei mai mică de 1 mm, ceea ce contrastează puternic cu dimensiunea multor cristale, cum ar fi monocristalele de cuarț și monocristalele de siliciu. Dimensiunea poate ajunge la scara unui metru. Dimensiunea foarte mică a grafitului monocristal se datorează interacțiunii slabe dintre straturile de grafit, iar planeitatea stratului de grafen este dificil de menținut în timpul creșterii, astfel încât grafitul se sparge ușor în mai multe limite de granule monocristaline, în mod dezordonat. Pentru a rezolva această problemă cheie, profesorul emerit de la Institutul Național de Știință și Tehnologie Ulsan (UNIST) și colaboratorii săi, prof. Liu Kaihui, prof. Wang Enge de la Universitatea din Peking și alții, au propus o strategie pentru sintetizarea unor pelicule subțiri de monocristale de grafit de ordinul mărimii, până la scara inch. Metoda lor folosește o folie de nichel monocristalin ca substrat, iar atomii de carbon sunt alimentați din spatele foliei de nichel printr-un „proces de dizolvare-difuzie-depunere izotermă”. În loc să utilizeze o sursă de carton gazos, au optat pentru un material solid de carbon pentru a facilita creșterea grafitului. Această nouă strategie face posibilă producerea de pelicule de grafit monocristalin cu o grosime de aproximativ 1 inch și 35 microni, sau mai mult de 100.000 de straturi de grafen în câteva zile. Comparativ cu toate mostrele de grafit disponibile, grafitul monocristalin are o conductivitate termică de ~2880 W m-1K-1, un conținut nesemnificativ de impurități și o distanță minimă între straturi. (1) Sinteza cu succes a peliculelor de nichel monocristalin de dimensiuni mari ca substraturi ultra-plate evită dezordinea grafitului sintetic; (2) 100.000 de straturi de grafen sunt crescute izoterm în aproximativ 100 de ore, astfel încât fiecare strat de grafen este sintetizat în același mediu chimic și temperatură, ceea ce asigură calitatea uniformă a grafitului; (3) Alimentarea continuă cu carbon prin partea opusă a foliei de nichel permite straturilor de grafen să crească continuu la o rată foarte mare, aproximativ un strat la fiecare cinci secunde.
Data publicării: 09 noiembrie 2022