Than chì chất lượng cao có độ bền cơ học tuyệt vời, độ ổn định nhiệt cao, độ dẻo cao và độ dẫn nhiệt và dẫn điện trong mặt phẳng rất cao, khiến nó trở thành một trong những vật liệu tiên tiến quan trọng nhất cho nhiều ứng dụng như chất dẫn quang nhiệt được sử dụng làm pin trong điện thoại. Ví dụ, một loại than chì đặc biệt, than chì nhiệt phân có trật tự cao (HOPG), là một trong những loại được sử dụng phổ biến nhất trong các phòng thí nghiệm. Những đặc tính tuyệt vời này là do cấu trúc lớp của than chì, trong đó các liên kết cộng hóa trị mạnh giữa các nguyên tử carbon trong các lớp graphene góp phần tạo nên các đặc tính cơ học, độ dẫn nhiệt và dẫn điện tuyệt vời, trong khi tương tác giữa các lớp graphene rất ít. Điều này dẫn đến độ dẻo cao của than chì. Mặc dù than chì đã được phát hiện trong tự nhiên hơn 1000 năm và quá trình tổng hợp nhân tạo của nó đã được nghiên cứu hơn 100 năm, nhưng chất lượng của các mẫu than chì, cả tự nhiên và tổng hợp, vẫn còn xa lý tưởng. Ví dụ, kích thước của các miền than chì đơn tinh thể lớn nhất trong vật liệu than chì thường nhỏ hơn 1 mm, trái ngược hoàn toàn với kích thước của nhiều tinh thể như tinh thể đơn thạch anh và tinh thể đơn silic. Kích thước có thể đạt đến thang đo một mét. Kích thước rất nhỏ của than chì đơn tinh thể là do tương tác yếu giữa các lớp than chì, và độ phẳng của lớp graphene rất khó duy trì trong quá trình phát triển, do đó than chì dễ bị vỡ thành nhiều ranh giới hạt đơn tinh thể không đều. Để giải quyết vấn đề then chốt này, Giáo sư danh dự của Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) và các cộng sự, Giáo sư Liu Kaihui, Giáo sư Wang Enge của Đại học Bắc Kinh, và những người khác đã đề xuất một chiến lược tổng hợp màng than chì đơn tinh thể mỏng có kích thước cỡ inch. Phương pháp của họ sử dụng lá niken đơn tinh thể làm chất nền, và các nguyên tử carbon được cung cấp từ mặt sau của lá niken thông qua "quá trình hòa tan-khuếch tán-lắng đọng đẳng nhiệt". Thay vì sử dụng nguồn carbon dạng khí, họ đã chọn vật liệu carbon rắn để thúc đẩy sự phát triển của than chì. Chiến lược mới này cho phép sản xuất màng than chì đơn tinh thể có độ dày khoảng 1 inch và 35 micron, hoặc hơn 100.000 lớp graphene trong vài ngày. So với tất cả các mẫu than chì hiện có, than chì đơn tinh thể có độ dẫn nhiệt khoảng ~2880 W m-1K-1, hàm lượng tạp chất không đáng kể và khoảng cách giữa các lớp tối thiểu. (1) Việc tổng hợp thành công màng niken đơn tinh thể kích thước lớn làm chất nền siêu phẳng giúp tránh sự rối loạn của than chì tổng hợp; (2) 100.000 lớp graphene được nuôi cấy đẳng nhiệt trong khoảng 100 giờ, do đó mỗi lớp graphene được tổng hợp trong cùng một môi trường hóa học và nhiệt độ, đảm bảo chất lượng than chì đồng nhất; (3) Việc cung cấp carbon liên tục thông qua mặt sau của lá niken cho phép các lớp graphene phát triển liên tục với tốc độ rất cao, xấp xỉ một lớp cứ sau năm giây.”
Thời gian đăng bài: 09/11/2022