Ο υψηλής ποιότητας γραφίτης έχει εξαιρετική μηχανική αντοχή, θερμική σταθερότητα, υψηλή ευελιξία και πολύ υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα εντός του επιπέδου, καθιστώντας τον ένα από τα πιο σημαντικά προηγμένα υλικά για πολλές εφαρμογές όπως οι φωτοθερμικοί αγωγοί που χρησιμοποιούνται ως μπαταρίες στα τηλέφωνα. Για παράδειγμα, ένας ειδικός τύπος γραφίτη, ο πυρολυτικός γραφίτης υψηλής παραγγελίας (HOPG), είναι ένας από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους στα εργαστήρια. Υλικό. Αυτές οι εξαιρετικές ιδιότητες οφείλονται στην πολυεπίπεδη δομή του γραφίτη, όπου ισχυροί ομοιοπολικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων άνθρακα στα στρώματα γραφενίου συμβάλλουν σε εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, ενώ πολύ μικρή αλληλεπίδραση μεταξύ των στρωμάτων γραφενίου. Η δράση έχει ως αποτέλεσμα υψηλό βαθμό ευελιξίας. γραφίτης. Αν και ο γραφίτης έχει ανακαλυφθεί στη φύση για περισσότερα από 1000 χρόνια και η τεχνητή σύνθεσή του έχει μελετηθεί για περισσότερα από 100 χρόνια, η ποιότητα των δειγμάτων γραφίτη, φυσικού και συνθετικού, απέχει πολύ από το να είναι ιδανική. Για παράδειγμα, το μέγεθος των μεγαλύτερων περιοχών γραφίτη μονοκρυστάλλου σε υλικά γραφίτη είναι συνήθως μικρότερο από 1 mm, το οποίο έρχεται σε πλήρη αντίθεση με το μέγεθος πολλών κρυστάλλων όπως οι μονοκρυστάλλοι χαλαζία και οι μονοκρυστάλλοι πυριτίου. Το μέγεθος μπορεί να φτάσει την κλίμακα ενός μέτρου. Το πολύ μικρό μέγεθος του μονοκρυσταλλικού γραφίτη οφείλεται στην αδύναμη αλληλεπίδραση μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη και η επιπεδότητα του στρώματος γραφενίου είναι δύσκολο να διατηρηθεί κατά την ανάπτυξη, έτσι ο γραφίτης διασπάται εύκολα σε πολλά όρια μονοκρυστάλλου σε αταξία. . Για την επίλυση αυτού του βασικού προβλήματος, ο Ομότιμος Καθηγητής του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστήμης και Τεχνολογίας (UNIST) και οι συνεργάτες του Καθ. Liu Kaihui, Καθ. Wang Enge του Πανεπιστημίου του Πεκίνου και άλλοι έχουν προτείνει μια στρατηγική για τη σύνθεση λεπτής τάξης μεγέθους μονοκρύσταλλοι γραφίτη. φιλμ, μέχρι την κλίμακα της ίντσας. Η μέθοδός τους χρησιμοποιεί ένα φύλλο νικελίου μονού κρυστάλλου ως υπόστρωμα και τα άτομα άνθρακα τροφοδοτούνται από το πίσω μέρος του φύλλου νικελίου μέσω μιας «διεργασίας ισοθερμικής διάλυσης-διάχυσης-απόθεσης». Αντί να χρησιμοποιούν μια αέρια πηγή χαρτονιού, επέλεξαν ένα στερεό υλικό άνθρακα για να διευκολύνουν την ανάπτυξη του γραφίτη. Αυτή η νέα στρατηγική καθιστά δυνατή την παραγωγή μεμβρανών γραφίτη μονοκρυστάλλου με πάχος περίπου 1 ίντσας και 35 microns, ή περισσότερα από 100.000 στρώματα γραφενίου σε λίγες ημέρες. Σε σύγκριση με όλα τα διαθέσιμα δείγματα γραφίτη, ο μονοκρυσταλλικός γραφίτης έχει θερμική αγωγιμότητα ~2880 W m-1K-1, ασήμαντη περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες και ελάχιστη απόσταση μεταξύ των στρωμάτων. (1) Η επιτυχής σύνθεση μεμβρανών νικελίου μονοκρυστάλλου μεγάλου μεγέθους ως εξαιρετικά επίπεδα υποστρώματα αποφεύγει τη διαταραχή του συνθετικού γραφίτη. (2) 100.000 στρώματα γραφενίου αναπτύσσονται ισοθερμικά σε περίπου 100 ώρες, έτσι ώστε κάθε στρώμα γραφενίου να συντίθεται στο ίδιο χημικό περιβάλλον και θερμοκρασία, γεγονός που εξασφαλίζει την ομοιόμορφη ποιότητα του γραφίτη. (3) Η συνεχής παροχή άνθρακα μέσω της πίσω πλευράς του φύλλου νικελίου επιτρέπει στα στρώματα του γραφενίου να αναπτύσσονται συνεχώς με πολύ υψηλό ρυθμό, περίπου ένα στρώμα κάθε πέντε δευτερόλεπτα.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-09-2022