Visokokakovosten grafit ima odlično mehansko trdnost, toplotno stabilnost, visoko fleksibilnost ter zelo visoko toplotno in električno prevodnost v ravnini, zaradi česar je eden najpomembnejših naprednih materialov za številne aplikacije, kot so fototermični prevodniki, ki se uporabljajo kot baterije v telefonih. Na primer, posebna vrsta grafita, visoko urejen pirolitični grafit (HOPG), je eden najpogosteje uporabljenih materialov v laboratorijih. Te odlične lastnosti so posledica plastovite strukture grafita, kjer močne kovalentne vezi med atomi ogljika v grafenskih plasteh prispevajo k odličnim mehanskim lastnostim, toplotni in električni prevodnosti, hkrati pa je interakcija med grafenskima plastema zelo majhna. To delovanje povzroči visoko stopnjo fleksibilnosti. grafit. Čeprav je grafit v naravi odkrit že več kot 1000 let in njegova umetna sinteza se preučuje že več kot 100 let, je kakovost vzorcev grafita, tako naravnih kot sintetičnih, daleč od idealne. Na primer, velikost največjih domen monokristalnega grafita v grafitnih materialih je običajno manjša od 1 mm, kar je v ostrem nasprotju z velikostjo mnogih kristalov, kot so kremenovi monokristali in silicijevi monokristali. Velikost lahko doseže merilo metra. Zelo majhna velikost monokristalnega grafita je posledica šibke interakcije med grafitnimi plastmi, ravnost grafenske plasti pa je med rastjo težko vzdrževati, zato se grafit zlahka razdeli na več neurejenih meja zrn monokristalov. Da bi rešili ta ključni problem, so zaslužni profesor Nacionalnega inštituta za znanost in tehnologijo Ulsan (UNIST) in njegovi sodelavci prof. Liu Kaihui, prof. Wang Enge z univerze v Pekingu in drugi predlagali strategijo za sintezo tankega filma monokristalnega grafita velikosti do palca. Njihova metoda uporablja monokristalno nikljevo folijo kot substrat, atomi ogljika pa se dovajajo z zadnje strani nikljeve folije z "izotermnim postopkom raztapljanja-difuzije-nalaganja". Namesto plinastega kartonskega vira so se odločili za trdni ogljikov material, ki olajša rast grafita. Ta nova strategija omogoča izdelavo monokristalnih grafitnih filmov debeline približno 1 palec in 35 mikronov oziroma več kot 100.000 grafenskih plasti v nekaj dneh. V primerjavi z vsemi razpoložljivimi vzorci grafita ima monokristalni grafit toplotno prevodnost ~2880 W m-1K-1, zanemarljivo vsebnost nečistoč in minimalno razdaljo med plastmi. (1) Uspešna sinteza monokristalnih nikljevih filmov velike velikosti kot ultra ravnih substratov preprečuje neurejenost sintetičnega grafita; (2) 100.000 plasti grafena se izotermno vzgoji v približno 100 urah, tako da se vsaka plast grafena sintetizira v istem kemičnem okolju in temperaturi, kar zagotavlja enakomerno kakovost grafita; (3) Neprekinjeno dovajanje ogljika skozi hrbtno stran nikljeve folije omogoča, da plasti grafena nenehno rastejo z zelo visoko hitrostjo, približno ena plast vsakih pet sekund.
Čas objave: 9. november 2022