Högkvalitativ grafit har utmärkt mekanisk hållfasthet, termisk stabilitet, hög flexibilitet och mycket hög termisk och elektrisk ledningsförmåga i planet, vilket gör den till ett av de viktigaste avancerade materialen för många tillämpningar, såsom fototermiska ledare som används som batterier i telefoner. Till exempel är en speciell typ av grafit, högordnad pyrolytisk grafit (HOPG), en av de vanligaste i laboratorier. Material. Dessa utmärkta egenskaper beror på grafitens skiktade struktur, där starka kovalenta bindningar mellan kolatomerna i grafenlagren bidrar till utmärkta mekaniska egenskaper, termisk och elektrisk ledningsförmåga, medan mycket liten interaktion mellan grafenlagren sker. Denna verkan resulterar i en hög grad av flexibilitet. Även om grafit har upptäckts i naturen i mer än 1000 år och dess artificiella syntes har studerats i mer än 100 år, är kvaliteten på grafitprover, både naturliga och syntetiska, långt ifrån idealisk. Till exempel är storleken på de största enkristallgrafitdomänerna i grafitmaterial vanligtvis mindre än 1 mm, vilket står i skarp kontrast till storleken på många kristaller, såsom kvarts-enkristaller och kisel-enkristaller. Storleken kan nå en meters skala. Den mycket lilla storleken på enkristallgrafit beror på den svaga växelverkan mellan grafitlagren, och grafenlagrets planhet är svår att bibehålla under tillväxt, så grafit bryts lätt upp i flera enkristallkorngränser i oordning. För att lösa detta nyckelproblem har professor emeritus vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) och hans medarbetare professor Liu Kaihui, professor Wang Enge vid Peking University och andra föreslagit en strategi för att syntetisera tunn grafitfilm av storleksordning, ner till tumskalan. Deras metod använder en enkristallig nickelfolie som substrat, och kolatomer matas från baksidan av nickelfolien genom en "isotermisk upplösnings-diffusions-deponeringsprocess". Istället för att använda en gasformig kartongkälla valde de ett fast kolmaterial för att underlätta grafittillväxt. Denna nya strategi gör det möjligt att producera enkristallgrafitfilmer med en tjocklek på cirka 1 tum och 35 mikron, eller mer än 100 000 grafenlager på några dagar. Jämfört med alla tillgängliga grafitprover har enkristallgrafit en värmeledningsförmåga på ~2880 W m-1K-1, ett obetydligt innehåll av föroreningar och ett minimalt avstånd mellan lagren. (1) Framgångsrik syntes av enkristallina nickelfilmer av stor storlek som ultraplatta substrat undviker oordning av syntetisk grafit; (2) 100 000 lager grafen odlas isotermiskt på cirka 100 timmar, så att varje lager grafen syntetiseras i samma kemiska miljö och temperatur, vilket säkerställer en enhetlig grafitkvalitet; (3) Den kontinuerliga tillförseln av kol genom baksidan av nickelfolien gör att grafenlagren kontinuerligt kan växa med en mycket hög hastighet, ungefär ett lager var femte sekund.
Publiceringstid: 9 november 2022