Новые исследования выявили более качественные графитовые пленки.

Высококачественный графит обладает превосходной механической прочностью, термической стабильностью, высокой гибкостью и очень высокой тепло- и электропроводностью в плоскости, что делает его одним из важнейших перспективных материалов для многих применений, таких как фототермические проводники, используемые в качестве батарей в телефонах. Например, особый тип графита, высокоупорядоченный пиролитический графит (HOPG), является одним из наиболее часто используемых в лабораторных условиях материалов. Эти превосходные свойства обусловлены слоистой структурой графита, где прочные ковалентные связи между атомами углерода в слоях графена способствуют превосходным механическим свойствам, тепло- и электропроводности, в то время как очень слабое взаимодействие между слоями графена приводит к высокой степени гибкости. Хотя графит был обнаружен в природе более 1000 лет назад, а его искусственный синтез изучался более 100 лет, качество образцов графита, как природного, так и синтетического, далеко от идеального. Например, размер самых крупных монокристаллических графитовых доменов в графитовых материалах обычно составляет менее 1 мм, что резко контрастирует с размерами многих кристаллов, таких как монокристаллы кварца и кремния. Их размер может достигать метра. Очень малый размер монокристаллического графита обусловлен слабым взаимодействием между графитовыми слоями, а также сложностью поддержания плоскостности графенового слоя во время роста, поэтому графит легко распадается на несколько границ монокристаллических зерен в условиях беспорядка. Для решения этой ключевой проблемы почетный профессор Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) и его коллеги, профессор Лю Кайхуэй, профессор Ван Энгэ из Пекинского университета и другие, предложили стратегию синтеза тонких монокристаллических пленок графита размером порядка дюйма. Их метод использует монокристаллическую никелевую фольгу в качестве подложки, а атомы углерода подаются с обратной стороны никелевой фольги посредством «изотермического процесса растворения-диффузии-осаждения». Вместо использования газообразного картона в качестве источника они выбрали твердый углеродный материал для облегчения роста графита. Эта новая стратегия позволяет получать монокристаллические графитовые пленки толщиной около 1 дюйма и 35 микрон, или более 100 000 слоев графена за несколько дней. По сравнению со всеми доступными образцами графита, монокристаллический графит имеет теплопроводность ~2880 Вт·м⁻¹·К⁻¹, незначительное содержание примесей и минимальное расстояние между слоями. (1) Успешный синтез монокристаллических никелевых пленок большого размера в качестве ультраплоских подложек позволяет избежать разупорядочения синтетического графита; (2) 100 000 слоев графена выращиваются изотермически примерно за 100 часов, так что каждый слой графена синтезируется в одинаковой химической среде и при одинаковой температуре, что обеспечивает однородное качество графита; (3) Непрерывная подача углерода через обратную сторону никелевой фольги позволяет слоям графена непрерывно расти с очень высокой скоростью, примерно один слой каждые пять секунд».