Νέα μελέτη παρουσιάζει τα καλύτερα φιλμ γραφίτη — ScienceDaily

Ο γραφίτης υψηλής ποιότητας έχει εξαιρετική μηχανική αντοχή, θερμική σταθερότητα, υψηλή ευελιξία και πολύ υψηλές θερμικές και ηλεκτρικές αγωγιμότητες εντός του επιπέδου, και επομένως είναι ένα από τα πιο σημαντικά προηγμένα υλικά για πολλές εφαρμογές, για παράδειγμα που χρησιμοποιείται ως αγωγός φωτός-θερμότητας της κυψέλης. τηλέφωνα. Για παράδειγμα, ένας συγκεκριμένος τύπος γραφίτη, ο Highly Ordered Pyrolytic Graphite (HOPG), είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα εργαστήρια. υλικά. Αυτές οι εξαιρετικές ιδιότητες προέρχονται από τη στρωματοποιημένη δομή του γραφίτη, όπου ο ισχυρός ομοιοπολικός δεσμός μεταξύ των ατόμων άνθρακα σε ένα στρώμα γραφενίου συμβάλλει στις εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, τη θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα και η πολύ ασθενής αλληλεπίδραση μεταξύ των στρωμάτων γραφενίου οδηγεί στην υψηλή ευελιξία του γραφίτη .

Αν και ο γραφίτης έχει ανακαλυφθεί στη φύση για περισσότερα από 1000 χρόνια και η τεχνητή σύνθεσή του έχει διερευνηθεί για περισσότερα από 100 χρόνια, η ποιότητα των δειγμάτων γραφίτη, είτε φυσικού είτε συνθετικού, απέχει πολύ από το να είναι ιδανική. Όπως το μέγεθος των μεγαλύτερων περιοχών μονοκρυσταλλικού γραφίτη σε υλικά γραφίτη είναι γενικά μικρότερο από 1 mm, το οποίο έρχεται σε έντονη αντίθεση με το μέγεθος πολλών κρυστάλλων, όπως το μέγεθος των μονοκρυστάλλων χαλαζία και μονοκρυστάλλων πυριτίου μπορεί να φτάσει το μέτρο κλίμακα. Το πολύ μικρό μέγεθος του μονοκρυσταλλικού γραφίτη οφείλεται στην ασθενή αλληλεπίδραση μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη, όπου η επιπεδότητα ενός στρώματος γραφενίου είναι δύσκολο να διατηρηθεί κατά τη διαδικασία ανάπτυξης και έτσι ένας γραφίτης μπορεί εύκολα να σπάσει σε μερικούς μεμονωμένους κρυστάλλους με διαταραγμένους κόκκους τα όρια.

Για την αντιμετώπιση του κρίσιμου ζητήματος, ο διακεκριμένος καθηγητής του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστήμης και Τεχνολογίας (UNIST) του Ulsan και οι συνεργάτες του, ο καθηγητής Kaihui Liu, ο καθηγητής Enge Wang του Πανεπιστημίου του Πεκίνου και άλλοι έχουν προτείνει μια στρατηγική για τη σύνθεση μεγάλης κλίμακας μονοκρυσταλλικών μεμβρανών γραφίτη . μεγάλη, κλίμακα έως ίντσας. Στην προσέγγισή τους, τα μονοκρυσταλλικά φύλλα Ni χρησιμοποιούνται ως υπόστρωμα και τα άτομα καρόνης παρέχονται από το πίσω μέρος των φύλλων Ni μέσω μιας «διεργασίας ισοθερμικής διάλυσης-διάχυσης-καθίζησης». Αντί να χρησιμοποιούν πηγή χαρτονιού αέριας φάσης, επιλέγουν υλικά στερεού άνθρακα για να τροφοδοτήσουν την ανάπτυξη του γραφίτη. Μια τέτοια νέα στρατηγική επιτρέπει ~ 1 ίντσας μονοκρυσταλλικές μεμβράνες γραφίτη πάχους 35 μm, ή περισσότερα από 100.000 στρώματα γραφενίου, σε λίγες μέρες. Ο μονοκρυσταλλικός γραφίτης έχει καταγεγραμμένη θερμική αγωγιμότητα ~2.880 Wm-1K-1, αμελητέα περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες και μικρότερη απόσταση στοιβάδας σε σύγκριση με όλα τα διαθέσιμα δείγματα γραφίτη.

«Αυτή η επιτυχία συνοψίζεται πραγματικά σε μερικά κρίσιμα ζητήματα του πειραματικού σχεδιασμού:

(1) η επιτυχής σύνθεση μεγάλων μονοκρυσταλλικών μεμβρανών Ni χρησιμεύει ως εξαιρετικά επίπεδο υπόστρωμα και έτσι μπορεί να αποφευχθεί η διαταραχή στον συντιθέμενο γραφίτη.

(2) η ισοθερμική ανάπτυξη 100.000 στρωμάτων γραφενίου σε διάστημα ~ 100 ωρών επιτρέπει σε κάθε στρώμα γραφενίου να συντίθεται στο ίδιο ακριβώς χημικό περιβάλλον και θερμοκρασία και έτσι να διασφαλίζεται η ομοιομορφία της ποιότητας του γραφίτη.

(3) η συνεχής παροχή άνθρακα μέσω του πίσω μέρους του φύλλου Ni επιτρέπει τη συνεκτική ανάπτυξη των στρωμάτων γραφενίου με πολύ υψηλό ρυθμό ανάπτυξης, ~ ένα στρώμα ανά πέντε δευτερόλεπτα», εξήγησε ο καθηγητής Ding.

Τα ευρήματα αυτής της έρευνας δημοσιεύονται στο τεύχος Οκτωβρίου 2022 του Nature Nanotechnology. Σε αυτή τη μελέτη συμμετείχαν από κοινού ο καθηγητής Kaihui Liu και ο καθηγητής Enge Wang από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου.

Πηγή ιστορίας:

Υλικά που παρέχονται από Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST). Αρχικά γράφτηκε από τον JooHyeon Heo. Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.

Leave a Comment