מחקר חדש חושף סרטי גרפיט טובים יותר

לגרפיט באיכות גבוהה חוזק מכני מעולה, יציבות תרמית, גמישות גבוהה ומוליכות תרמית וחשמלית גבוהה מאוד במישור, מה שהופך אותו לאחד החומרים המתקדמים והחשובים ביותר עבור יישומים רבים כגון מוליכים פוטותרמיים המשמשים כסוללות בטלפונים. לדוגמה, סוג מיוחד של גרפיט, גרפיט פירוליטי מסודר מאוד (HOPG), הוא אחד הנפוצים ביותר בשימוש במעבדות. חוֹמֶר. תכונות מצוינות אלו נובעות מהמבנה השכבתי של הגרפיט, שבו קשרים קוולנטיים חזקים בין אטומי הפחמן בשכבות הגרפן תורמים לתכונות מכניות מצוינות, מוליכות תרמית וחשמלית, תוך אינטראקציה מועטה מאוד בין שכבות הגרפן. הפעולה מביאה לרמה גבוהה של גמישות. גרָפִיט. למרות שגרפיט התגלה בטבע כבר יותר מ-1000 שנים והסינתזה המלאכותית שלו נחקרה כבר יותר מ-100 שנה, איכות דגימות הגרפיט, טבעיות וסינטטיות, רחוקה מלהיות אידיאלית. לדוגמה, הגודל של תחומי הגרפיט הקריסטל היחיד הגדולים ביותר בחומרי גרפיט הוא בדרך כלל פחות מ-1 מ"מ, וזה בניגוד מוחלט לגודלם של גבישים רבים כמו גבישים בודדים קוורץ וגבישי סיליקון בודדים. הגודל יכול להגיע לקנה מידה של מטר. הגודל הקטן מאוד של גרפיט חד-גביש נובע מהאינטראקציה החלשה בין שכבות הגרפיט, ואת השטיחות של שכבת הגרפן קשה לשמור במהלך הגדילה, כך שהגרפיט נשבר בקלות לכמה גבולות גרגירים חד-גבישיים באי-סדר. . כדי לפתור בעיה מרכזית זו, פרופסור אמריטוס מהמכון הלאומי למדע וטכנולוגיה של אולסן (UNIST) ומשתפי הפעולה שלו פרופ' ליו קאיהוי, פרופ' וואנג אנג'ה מאוניברסיטת פקין ואחרים הציעו אסטרטגיה לסינתזה של סדרי גודל דקים. גרפיט יחיד גבישים. סרט, עד לסולם אינץ'. השיטה שלהם משתמשת ברדיד ניקל חד-גביש כמצע, ואטומי פחמן מוזנים מהחלק האחורי של רדיד הניקל באמצעות "תהליך פירוק-דיפוזיה-תצהיר איזותרמי". במקום להשתמש במקור קרטון גזי, הם בחרו בחומר פחמן מוצק כדי להקל על צמיחת גרפיט. אסטרטגיה חדשה זו מאפשרת לייצר סרטי גרפיט חד-גביש בעובי של כ-1 אינץ' ו-35 מיקרון, או יותר מ-100,000 שכבות גרפן תוך מספר ימים. בהשוואה לכל דגימות הגרפיט הזמינות, לגרפיט חד-גביש יש מוליכות תרמית של ~2880 W m-1K-1, תכולה לא משמעותית של זיהומים ומרחק מינימלי בין שכבות. (1) סינתזה מוצלחת של סרטי ניקל חד-גבישיים בגודל גדול כמצעים שטוחים במיוחד מונעת אי סדר של גרפיט סינטטי; (2) 100,000 שכבות של גרפן גדלות בצורה איזותרמית בתוך כ-100 שעות, כך שכל שכבת גרפן מסונתזת באותה סביבה וטמפרטורה כימית, מה שמבטיח את האיכות האחידה של הגרפיט; (3) אספקה ​​רציפה של פחמן דרך הצד האחורי של רדיד הניקל מאפשרת לשכבות הגרפן לצמוח ברציפות בקצב גבוה מאוד, בערך שכבה אחת כל חמש שניות."