Vysokokvalitný grafit má vynikajúcu mechanickú pevnosť, tepelnú stabilitu, vysokú flexibilitu a veľmi vysokú tepelnú a elektrickú vodivosť v rovine, vďaka čomu je jedným z najdôležitejších pokročilých materiálov pre mnoho aplikácií, ako sú fototermálne vodiče používané ako batérie v telefónoch. Napríklad špeciálny typ grafitu, vysoko usporiadaný pyrolytický grafit (HOPG), je jedným z najčastejšie používaných materiálov v laboratóriách. Tieto vynikajúce vlastnosti sú spôsobené vrstevnatou štruktúrou grafitu, kde silné kovalentné väzby medzi atómami uhlíka vo vrstvách grafénu prispievajú k vynikajúcim mechanickým vlastnostiam, tepelnej a elektrickej vodivosti, pričom interakcia medzi vrstvami grafénu je veľmi malá. Výsledkom je vysoký stupeň flexibility. grafit. Hoci grafit bol v prírode objavený už viac ako 1000 rokov a jeho umelá syntéza sa študuje už viac ako 100 rokov, kvalita vzoriek grafitu, prírodných aj syntetických, nie je ani zďaleka ideálna. Napríklad veľkosť najväčších domén monokryštálového grafitu v grafitových materiáloch je typicky menšia ako 1 mm, čo je v ostrom kontraste s veľkosťou mnohých kryštálov, ako sú kremenné monokryštály a kremíkové monokryštály. Veľkosť môže dosiahnuť mierku metra. Veľmi malá veľkosť monokryštálového grafitu je spôsobená slabou interakciou medzi vrstvami grafitu a rovinnosť vrstvy grafénu je počas rastu ťažké udržať, takže grafit sa ľahko rozpadne na niekoľko neusporiadaných hraníc zŕn monokryštálov. Na vyriešenie tohto kľúčového problému navrhli emeritný profesor Ulsanskeho národného inštitútu vedy a techniky (UNIST) a jeho spolupracovníci profesor Liu Kaihui, profesor Wang Enge z Pekinskej univerzity a ďalší stratégiu syntézy tenkých rádovo veľkých vrstiev grafitových monokryštálov až do palcovej mierky. Ich metóda využíva ako substrát monokryštalickú niklovú fóliu a atómy uhlíka sa privádzajú zo zadnej strany niklovej fólie prostredníctvom „izotermického procesu rozpúšťania-difúzie-depozície“. Namiesto použitia plynného kartónového zdroja sa rozhodli pre pevný uhlíkový materiál na uľahčenie rastu grafitu. Táto nová stratégia umožňuje vyrábať monokryštalické grafitové filmy s hrúbkou približne 1 palec a 35 mikrónov, teda viac ako 100 000 vrstiev grafénu za niekoľko dní. V porovnaní so všetkými dostupnými vzorkami grafitu má monokryštalický grafit tepelnú vodivosť ~2880 W m-1K-1, nevýznamný obsah nečistôt a minimálnu vzdialenosť medzi vrstvami. (1) Úspešná syntéza monokryštalických niklových filmov veľkej veľkosti ako ultraplochých substrátov zabraňuje neusporiadaniu syntetického grafitu; (2) 100 000 vrstiev grafénu sa izotermicky vypestuje za približne 100 hodín, takže každá vrstva grafénu sa syntetizuje v rovnakom chemickom prostredí a teplote, čo zabezpečuje jednotnú kvalitu grafitu; (3) Nepretržitý prísun uhlíka cez rubovú stranu niklovej fólie umožňuje vrstvám grafénu kontinuálny rast veľmi vysokou rýchlosťou, približne jedna vrstva každých päť sekúnd.
Čas uverejnenia: 9. novembra 2022