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 de chaleur à élément léger. téléphone (p. Par exemple, un type spécifique de graphite, le graphite pyrolytique hautement ordonné (HOPG), est l’un des matériaux de laboratoire les plus largement utilisés. Ces propriétés supérieures sont dues à la structure en couches du graphite, où une forte liaison covalente entre les atomes de carbone dans la couche de graphène contribue à d’excellentes propriétés mécaniques, conductivité thermique et électrique, et une très faible interaction entre les couches de graphène conduit à une grande flexibilité du graphite.

Bien que le graphite soit présent dans la nature depuis plus de 1 000 ans et que sa synthèse artificielle fasse l’objet de recherches depuis plus de 100 ans, la qualité des échantillons de graphite, qu’ils soient naturels ou synthétisés, est loin d’être parfaite. 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 des monocristaux de quartz et des monocristaux de silicium, qui peuvent atteindre des mètres. La très petite taille du monocristal de graphite est due à la faible interaction entre les couches de graphite, où il est difficile de maintenir le plan de la couche de graphène pendant le processus de croissance, et donc le graphite peut être facilement divisé en plusieurs monocristaux avec désordonné joints de grains.

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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 de synthèse de films de graphite monocristallin. grand, jusqu’aux écailles du pouce. Dans leur approche, des feuilles de Ni monocristallin sont utilisées comme substrat, et des atomes corona sont fournis à partir de la face arrière des feuilles de Ni par un « processus isotherme de dissolution-diffusion-dépôt ». Au lieu d’utiliser une source de carton en phase gazeuse, ils choisissent des matériaux en carbone solide pour alimenter la croissance du graphite. Cette nouvelle stratégie permet de produire des films de graphite monocristallin d’environ 1 pouce d’épaisseur et 35 microns, soit plus de 100 000 couches de graphène, en quelques jours. Le graphite monocristallin a une conductivité thermique rapportée d’environ 2880 W·m-1K-1, une teneur en impuretés négligeable et le plus petit espacement intercouche de tous les échantillons de graphite disponibles.

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“Ce succès est vraiment dû à plusieurs problèmes importants dans la conception expérimentale :

(1) la synthèse réussie de films de Ni monocristallin de grande taille sert de substrat ultra-plat et ainsi le désordre dans le graphite synthétisé peut être évité ;

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(2) la croissance isotherme de 100 000 couches de graphène en ∼100 h 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 le verso de la feuille de Ni permet aux couches de graphène de croître en continu à un taux de croissance très élevé, ~ une couche toutes les cinq secondes », a expliqué le professeur Dean.

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

Origine de l’histoire :

Matériel fourni Institut national des sciences et technologies d’Ulsan (UNIST). L’original est écrit par Joo Hyun Hyo. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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