Yüksek kaliteli grafit, mükemmel mekanik dayanım, termal kararlılık, yüksek esneklik ve çok yüksek düzlem içi termal ve elektriksel iletkenliğe sahip olması nedeniyle, telefonlarda pil olarak kullanılan fototermal iletkenler gibi birçok uygulama için en önemli gelişmiş malzemelerden biridir. Örneğin, özel bir grafit türü olan yüksek derecede düzenli pirolitik grafit (HOPG), laboratuvarlarda en yaygın kullanılan malzemelerden biridir. Bu mükemmel özellikler, grafitin katmanlı yapısından kaynaklanmaktadır; burada grafen katmanlarındaki karbon atomları arasındaki güçlü kovalent bağlar, mükemmel mekanik özelliklere, termal ve elektriksel iletkenliğe katkıda bulunurken, grafen katmanları arasındaki çok az etkileşim, grafite yüksek derecede esneklik kazandırır. Grafit, doğada 1000 yıldan fazla bir süredir keşfedilmiş ve yapay sentezi 100 yıldan fazla bir süredir incelenmiş olmasına rağmen, hem doğal hem de sentetik grafit örneklerinin kalitesi ideal olmaktan uzaktır. Örneğin, grafit malzemelerindeki en büyük tek kristal grafit alanlarının boyutu tipik olarak 1 mm'den azdır; bu, kuvars tek kristalleri ve silikon tek kristalleri gibi birçok kristalin boyutuna kıyasla oldukça küçüktür. Bu kristallerin boyutu bir metre ölçeğine ulaşabilir. Tek kristal grafitin çok küçük boyutu, grafit katmanları arasındaki zayıf etkileşimden kaynaklanmaktadır ve grafen katmanının düzgünlüğünün büyüme sırasında korunması zordur, bu nedenle grafit kolayca düzensiz bir şekilde birkaç tek kristal tane sınırına ayrılır. Bu temel sorunu çözmek için, Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden (UNIST) Emekli Profesör ve işbirlikçileri Prof. Liu Kaihui, Pekin Üniversitesi'nden Prof. Wang Enge ve diğerleri, inç ölçeğine kadar ince, yaklaşık bir büyüklük mertebesinde grafit tek kristal film sentezleme stratejisi önermişlerdir. Yöntemlerinde, alt tabaka olarak tek kristalli nikel folyo kullanılıyor ve karbon atomları, "izotermal çözünme-difüzyon-biriktirme işlemi" yoluyla nikel folyonun arkasından besleniyor. Gaz halindeki karton kaynağı yerine, grafit büyümesini kolaylaştırmak için katı bir karbon malzeme tercih ettiler. Bu yeni strateji, yaklaşık 1 inç ve 35 mikron kalınlığında veya birkaç gün içinde 100.000'den fazla grafen katmanına sahip tek kristalli grafit filmlerin üretilmesini mümkün kılıyor. Mevcut tüm grafit örnekleriyle karşılaştırıldığında, tek kristalli grafitin termal iletkenliği ~2880 W m-1K-1, önemsiz miktarda safsızlık içeriği ve katmanlar arasındaki minimum mesafeye sahiptir. (1) Ultra düz alt tabakalar olarak büyük boyutlu tek kristalli nikel filmlerin başarılı sentezi, sentetik grafitin düzensizleşmesini önler; (2) Yaklaşık 100 saatte 100.000 katman grafen izotermal olarak büyütülür, böylece her grafen katmanı aynı kimyasal ortamda ve sıcaklıkta sentezlenir ve bu da grafitin homojen kalitesini sağlar; (3) Nikel folyonun arka tarafından sürekli karbon beslemesi, grafen katmanlarının çok yüksek bir hızda, yaklaşık her beş saniyede bir katman olacak şekilde sürekli olarak büyümesini sağlar."
Yayın tarihi: 09.11.2022