Une nouvelle étude présente les meilleurs films de graphite

Le graphite de haute qualité a une excellente résistance mécanique, une stabilité thermique, une grande flexibilité et une conductivité thermique et électrique dans le plan très élevée, et est donc l’un des matériaux avancés les plus importants pour de nombreuses applications, telles que l’utilisation comme conducteur thermique léger de téléphone cellules (s. Par exemple, un type spécial de graphite , le graphite pyrolytique hautement ordonné (HOPG), est l’un des matériaux de laboratoire les plus couramment utilisés. Ces excellentes propriétés proviennent de la structure en couches du graphite, où la forte liaison covalente entre les atomes de carbone dans la couche de graphène contribue à d’excellentes propriétés mécaniques, conductivité thermique et électrique, et très faible l’interaction entre les couches de graphène conduit à la grande flexibilité du graphite.

Bien que le graphite soit découvert dans la nature depuis plus de 1000 ans et que sa synthèse artificielle soit étudiée depuis plus de 100 ans, la qualité des échantillons de graphite, qu’ils soient naturels ou synthétisés, est loin d’être idéale. Parce que la taille des plus grands domaines monocristallins de graphite dans les matériaux en graphite est généralement inférieure à 1 mm, ce qui contraste fortement avec la taille de nombreux cristaux, tels que la taille du monocristal de quartz et du monocristal de silicium qui peut atteindre un mètre. . La très petite taille du graphite monocristallin est due à la faible interaction entre les couches de graphite, où la planéité de la couche de graphène est difficile à maintenir pendant le processus de croissance et donc le graphite peut facilement se séparer en plusieurs cristaux individuels avec des joints de grains désordonnés.

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Pour résoudre le problème critique, le professeur émérite de l’Institut national des sciences et technologies d’Ulsan (UNIST) et ses collaborateurs, le professeur Kaihui Liu, le professeur Enge Wang de l’Université de Pékin et d’autres ont proposé une stratégie pour synthétiser des ordres de grandeur de films de graphite monocristallin. grand, jusqu’à l’échelle du pouce. Dans leur approche, des feuilles de Ni monocristallin sont utilisées comme substrat, et des atomes de caron sont fournis à partir de la face arrière des feuilles de Ni par un “processus isotherme de dissolution-diffusion-dépôt”. Au lieu d’utiliser des sources de carton en phase gazeuse, ils choisissent des matériaux solides en carbone pour favoriser la croissance du graphite. Une telle nouvelle stratégie permet d’obtenir des films de graphite monocristallin d’environ 1 pouce et 35 µm d’épaisseur, soit plus de 100 000 couches de graphène, en quelques jours. Le graphite monocristallin a une conductivité thermique rapportée d’environ 2880 Wm-1K-1, une teneur en impuretés négligeable et le plus petit espacement des couches de tous les échantillons de graphite disponibles.

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“Ce succès résout en fait plusieurs problèmes critiques dans la conception expérimentale :

(1) la synthèse réussie de grands films de Ni monocristallin sert de substrat ultra-plat et de cette manière, les perturbations dans le graphite synthétisé peuvent être évitées ;

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(2) la croissance isotherme de 100 000 couches de graphène pendant environ 100 heures permet à chaque couche de graphène d’être synthétisée dans le même environnement chimique et à la même température, assurant ainsi l’uniformité de la qualité du graphite ;

(3) l’apport continu de carbone à travers la face arrière de la feuille de Ni permet la croissance continue de couches de graphène à un taux de croissance très élevé, ~ une couche toutes les cinq secondes », a expliqué le prof. Ding.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le numéro d’octobre 2022 de la revue Nature Nanotechnology.Cette étude a été menée conjointement par le professeur Kaihui Liu et le professeur Enge Wang de l’Université de Pékin.

Source de l’histoire :

Matériel fourni Institut national des sciences et technologies d’Ulsan (UNIST). Original écrit par JooHyeon Heo. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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