ახალმა კვლევამ აჩვენა უკეთესი გრაფიტის ფილმები

მაღალი ხარისხის გრაფიტს აქვს შესანიშნავი მექანიკური სიმტკიცე, თერმული სტაბილურობა, მაღალი მოქნილობა და ძალიან მაღალი თერმული და ელექტრული გამტარობა, რაც მას ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან მოწინავე მასალად აქცევს მრავალი გამოყენებისთვის, როგორიცაა ფოტოთერმული გამტარები, რომლებიც გამოიყენება ტელეფონებში ბატარეებად. მაგალითად, სპეციალური ტიპის გრაფიტი, მაღალხარისხიანი პიროლიზური გრაფიტი (HOPG), არის ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული ლაბორატორიებში. მასალა. ეს შესანიშნავი თვისებები განპირობებულია გრაფიტის ფენიანი სტრუქტურით, სადაც გრაფენის ფენებში ნახშირბადის ატომებს შორის ძლიერი კოვალენტური ბმები ხელს უწყობს შესანიშნავ მექანიკურ თვისებებს, თერმულ და ელექტროგამტარობას, ხოლო გრაფენის ფენებს შორის ძალიან მცირე ურთიერთქმედებას. მოქმედება იწვევს მოქნილობის მაღალ ხარისხს. გრაფიტი. მიუხედავად იმისა, რომ გრაფიტი ბუნებაში 1000 წელზე მეტია აღმოჩენილია და მისი ხელოვნური სინთეზი 100 წელზე მეტია შესწავლილი, გრაფიტის ნიმუშების ხარისხი, როგორც ბუნებრივი, ისე სინთეტიკური, შორს არის იდეალურისგან. მაგალითად, გრაფიტის მასალებში ყველაზე დიდი ერთკრისტალური გრაფიტის დომენების ზომა ჩვეულებრივ 1 მმ-ზე ნაკლებია, რაც მკვეთრად განსხვავდება მრავალი კრისტალის ზომისგან, როგორიცაა კვარცის ერთკრისტალები და სილიკონის ერთკრისტალები. ზომამ შეიძლება მიაღწიოს მეტრს. ერთკრისტალური გრაფიტის ძალიან მცირე ზომა განპირობებულია გრაფიტის ფენებს შორის სუსტი ურთიერთქმედებით და გრაფენის ფენის სიბრტყის შენარჩუნება ძნელია ზრდის დროს, ამიტომ გრაფიტი ადვილად იშლება რამდენიმე ერთკრისტალურ მარცვლის საზღვრებში უწესრიგოდ. . ამ საკვანძო პრობლემის გადასაჭრელად, ულსანის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ეროვნული ინსტიტუტის (UNIST) ემერიტუსმა პროფესორმა და მისმა თანამშრომლებმა, პროფესორმა ლიუ კაიჰუიმ, პეკინის უნივერსიტეტის პროფესორმა ვანგ ენგემ და სხვებმა შემოგვთავაზეს სტრატეგია მცირე ზომის სიდიდის სინთეზისთვის. გრაფიტის ერთკრისტალები. ფილმი, ინჩის მასშტაბამდე. მათი მეთოდი იყენებს ერთკრისტალურ ნიკელის კილიტას, როგორც სუბსტრატს, ხოლო ნახშირბადის ატომები იკვებება ნიკელის ფოლგის უკანა მხრიდან „იზოთერმული დაშლა-დიფუზია-დეპონირების პროცესის“ მეშვეობით. აირისებური მუყაოს წყაროს გამოყენების ნაცვლად, მათ აირჩიეს მყარი ნახშირბადის მასალა გრაფიტის ზრდის გასაადვილებლად. ეს ახალი სტრატეგია შესაძლებელს ხდის ერთკრისტალური გრაფიტის ფირის წარმოებას დაახლოებით 1 ინჩი და 35 მიკრონი სისქით, ან 100000-ზე მეტი გრაფენის ფენით რამდენიმე დღეში. გრაფიტის ყველა ნიმუშთან შედარებით, ერთკრისტალურ გრაფიტს აქვს თერმული კონდუქტომეტრი ~2880 W m-1K-1, მინარევების უმნიშვნელო შემცველობა და მინიმალური მანძილი ფენებს შორის. (1) დიდი ზომის ერთკრისტალური ნიკელის ფილმების წარმატებული სინთეზი, როგორც ულტრა ბრტყელი სუბსტრატები, თავიდან აიცილებს სინთეზური გრაფიტის დარღვევას; (2) გრაფენის 100000 ფენა იზოთერმულად იზრდება დაახლოებით 100 საათში, ისე, რომ გრაფენის თითოეული ფენა სინთეზირებულია იმავე ქიმიურ გარემოში და ტემპერატურაზე, რაც უზრუნველყოფს გრაფიტის ერთგვაროვან ხარისხს; (3) ნიკელის ფოლგის უკანა მხარეს ნახშირბადის უწყვეტი მიწოდება საშუალებას აძლევს გრაფენის ფენებს მუდმივად გაიზარდოს ძალიან მაღალი ტემპით, დაახლოებით ყოველ ხუთ წამში ერთი ფენა.