మెరుగైన గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లను వెల్లడించే కొత్త పరిశోధన

అధిక నాణ్యత గల గ్రాఫైట్ అద్భుతమైన యాంత్రిక బలం, ఉష్ణ స్థిరత్వం, అధిక వశ్యత మరియు చాలా అధిక ఇన్-ప్లేన్ ఉష్ణ మరియు విద్యుత్ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల ఇది టెలిఫోన్‌లలో బ్యాటరీలుగా ఉపయోగించే ఫోటోథర్మల్ కండక్టర్ల వంటి అనేక అనువర్తనాలకు అత్యంత ముఖ్యమైన ఆధునిక పదార్థాలలో ఒకటిగా నిలుస్తుంది. ఉదాహరణకు, ఒక ప్రత్యేక రకమైన గ్రాఫైట్, అత్యంత క్రమబద్ధమైన పైరోలిటిక్ గ్రాఫైట్ (HOPG), ప్రయోగశాలలలో సర్వసాధారణంగా ఉపయోగించే పదార్థాలలో ఒకటి. ఈ అద్భుతమైన లక్షణాలు గ్రాఫైట్ యొక్క పొరల నిర్మాణం వల్ల ఏర్పడతాయి. ఇందులో గ్రాఫేన్ పొరలలోని కార్బన్ అణువుల మధ్య ఉండే బలమైన సమయోజనీయ బంధాలు అద్భుతమైన యాంత్రిక లక్షణాలు, ఉష్ణ మరియు విద్యుత్ వాహకతకు దోహదపడతాయి, అయితే గ్రాఫేన్ పొరల మధ్య చాలా తక్కువ పరస్పర చర్య ఉండటం వల్ల గ్రాఫైట్‌కు అధిక స్థాయి వశ్యత లభిస్తుంది. గ్రాఫైట్‌ను ప్రకృతిలో 1000 సంవత్సరాలకు పైగా కనుగొన్నప్పటికీ మరియు దాని కృత్రిమ సంశ్లేషణను 100 సంవత్సరాలకు పైగా అధ్యయనం చేస్తున్నప్పటికీ, సహజమైన మరియు కృత్రిమమైన గ్రాఫైట్ నమూనాల నాణ్యత ఆదర్శప్రాయంగా లేదు. ఉదాహరణకు, గ్రాఫైట్ పదార్థాలలో అతిపెద్ద ఏకస్ఫటిక గ్రాఫైట్ డొమైన్‌ల పరిమాణం సాధారణంగా 1 మి.మీ. కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది క్వార్ట్జ్ ఏకస్ఫటికాలు మరియు సిలికాన్ ఏకస్ఫటికాలు వంటి అనేక స్ఫటికాల పరిమాణానికి పూర్తి విరుద్ధంగా ఉంటుంది. వాటి పరిమాణం ఒక మీటరు స్థాయికి చేరుకోగలదు. ఏకస్ఫటిక గ్రాఫైట్ యొక్క అతి చిన్న పరిమాణానికి కారణం గ్రాఫైట్ పొరల మధ్య బలహీనమైన పరస్పర చర్య, మరియు పెరుగుదల సమయంలో గ్రాఫేన్ పొర యొక్క సమతలాన్ని నిర్వహించడం కష్టం కావడం, అందువల్ల గ్రాఫైట్ సులభంగా క్రమరహితంగా అనేక ఏకస్ఫటిక గ్రెయిన్ సరిహద్దులుగా విడిపోతుంది. ఈ కీలక సమస్యను పరిష్కరించడానికి, ఉల్సాన్ నేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (UNIST) ప్రొఫెసర్ ఎమెరిటస్ మరియు అతని సహచరులు ప్రొఫెసర్ లియు కైహుయ్, పీకింగ్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన ప్రొఫెసర్ వాంగ్ ఎంజ్ మరియు ఇతరులు, అంగుళం స్థాయి వరకు పలుచని గ్రాఫైట్ ఏకస్ఫటిక పొరను సంశ్లేషణ చేయడానికి ఒక వ్యూహాన్ని ప్రతిపాదించారు. వారి పద్ధతిలో ఏకస్ఫటిక నికెల్ రేకును సబ్‌స్ట్రేట్‌గా ఉపయోగిస్తారు, మరియు కార్బన్ అణువులను నికెల్ రేకు వెనుక నుండి "ఐసోథర్మల్ ద్రావణ-వ్యాప్తి-నిక్షేపణ ప్రక్రియ" ద్వారా పంపిస్తారు. వాయురూప కార్డ్‌బోర్డ్ మూలాన్ని ఉపయోగించడానికి బదులుగా, వారు గ్రాఫైట్ పెరుగుదలను సులభతరం చేయడానికి ఘన కార్బన్ పదార్థాన్ని ఎంచుకున్నారు. ఈ కొత్త వ్యూహం వల్ల కొన్ని రోజుల్లోనే సుమారు 1 అంగుళం మరియు 35 మైక్రాన్ల మందం గల సింగిల్-క్రిస్టల్ గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లను, లేదా 100,000 కంటే ఎక్కువ గ్రాఫేన్ పొరలను ఉత్పత్తి చేయడం సాధ్యమవుతుంది. అందుబాటులో ఉన్న అన్ని గ్రాఫైట్ నమూనాలతో పోలిస్తే, సింగిల్-క్రిస్టల్ గ్రాఫైట్ ~2880 W m-1K-1 ఉష్ణ వాహకతను, అతి తక్కువ మలినాల శాతాన్ని, మరియు పొరల మధ్య కనిష్ట దూరాన్ని కలిగి ఉంటుంది. (1) అతి-సమతల ఉపరితలాలుగా పెద్ద పరిమాణంలో సింగిల్-క్రిస్టల్ నికెల్ ఫిల్మ్‌లను విజయవంతంగా సంశ్లేషణ చేయడం వల్ల సింథటిక్ గ్రాఫైట్ యొక్క క్రమరాహిత్యం నివారించబడుతుంది; (2) 100,000 గ్రాఫేన్ పొరలు సుమారు 100 గంటల్లో ఐసోథర్మల్‌గా పెంచబడతాయి, తద్వారా గ్రాఫేన్ యొక్క ప్రతి పొర ఒకే రసాయన వాతావరణంలో మరియు ఉష్ణోగ్రతలో సంశ్లేషణ చేయబడుతుంది, ఇది గ్రాఫైట్ యొక్క ఏకరీతి నాణ్యతను నిర్ధారిస్తుంది; (3) నికెల్ రేకు యొక్క వెనుక వైపు నుండి కార్బన్‌ను నిరంతరం సరఫరా చేయడం వల్ల గ్రాఫేన్ పొరలు చాలా అధిక వేగంతో, సుమారుగా ప్రతి ఐదు సెకన్లకు ఒక పొర చొప్పున నిరంతరం పెరగడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.