งานวิจัยใหม่เผยฟิล์มกราไฟท์ที่ดีกว่า

กราไฟท์คุณภาพสูงมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม ความเสถียรทางความร้อน ความยืดหยุ่นสูง และค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าในระนาบที่สูงมาก ทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุขั้นสูงที่สำคัญที่สุดสำหรับการใช้งานหลายประเภท เช่น ตัวนำความร้อนใต้แสงที่ใช้เป็นแบตเตอรี่ในโทรศัพท์ ตัวอย่างเช่น กราไฟท์ชนิดพิเศษที่มีลำดับสูงคือไพโรไลติกกราไฟท์ (HOPG) เป็นหนึ่งในกราไฟท์ที่ใช้กันมากที่สุดในห้องปฏิบัติการ วัสดุ. คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้เนื่องมาจากโครงสร้างชั้นของกราไฟท์ ซึ่งพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งระหว่างอะตอมของคาร์บอนในชั้นกราฟีน ทำให้เกิดคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม การนำความร้อนและไฟฟ้า ในขณะที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างชั้นกราฟีนน้อยมาก การดำเนินการส่งผลให้มีความยืดหยุ่นในระดับสูง กราไฟท์ แม้ว่ากราไฟท์จะถูกค้นพบในธรรมชาติมานานกว่า 1,000 ปี และมีการศึกษาการสังเคราะห์เทียมมานานกว่า 100 ปี แต่คุณภาพของตัวอย่างกราไฟท์ทั้งจากธรรมชาติและสังเคราะห์นั้นยังห่างไกลจากอุดมคติ ตัวอย่างเช่น ขนาดของโดเมนกราไฟท์ผลึกเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดในวัสดุกราไฟท์โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 1 มม. ซึ่งแตกต่างโดยสิ้นเชิงกับขนาดของผลึกหลายชนิด เช่น ผลึกเดี่ยวของควอตซ์และผลึกเดี่ยวของซิลิคอน ขนาดสามารถเข้าถึงมาตราส่วนเมตรได้ กราไฟท์ผลึกเดี่ยวที่มีขนาดเล็กมากนั้นเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอระหว่างชั้นกราไฟท์ และความเรียบของชั้นกราฟีนนั้นยากต่อการรักษาในระหว่างการเจริญเติบโต ดังนั้น กราไฟท์จึงถูกแบ่งออกเป็นขอบเขตของเกรนผลึกเดี่ยวหลาย ๆ เส้นอย่างไม่เป็นระเบียบได้อย่างง่ายดาย - เพื่อแก้ปัญหาสำคัญนี้ ศาสตราจารย์กิตติคุณจากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติอุลซาน (UNIST) และผู้ร่วมงานของเขา Prof. Liu Kaihui, Prof. Wang Enge จากมหาวิทยาลัยปักกิ่ง และคนอื่นๆ ได้เสนอกลยุทธ์ในการสังเคราะห์ลำดับขนาดบางๆ กราไฟท์ผลึกเดี่ยว ฟิล์มลงไปถึงขนาดนิ้ว วิธีการของพวกเขาใช้ฟอยล์นิกเกิลผลึกเดี่ยวเป็นสารตั้งต้น และอะตอมของคาร์บอนจะถูกป้อนจากด้านหลังของฟอยล์นิกเกิลผ่าน "กระบวนการการละลาย-การแพร่กระจาย-การทับถมของไอโซเทอร์มอล" แทนที่จะใช้แหล่งกระดาษแข็งที่เป็นก๊าซ พวกเขาเลือกใช้วัสดุคาร์บอนที่เป็นของแข็งเพื่อช่วยให้กราไฟท์เติบโต กลยุทธ์ใหม่นี้ทำให้สามารถผลิตฟิล์มกราไฟท์ผลึกเดี่ยวที่มีความหนาประมาณ 1 นิ้ว และ 35 ไมครอน หรือมีชั้นกราฟีนมากกว่า 100,000 ชั้นภายในเวลาไม่กี่วัน เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างกราไฟท์ที่มีอยู่ทั้งหมด กราไฟท์ผลึกเดี่ยวมีค่าการนำความร้อน ~2880 W m-1K-1 มีปริมาณสารเจือปนเล็กน้อย และมีระยะห่างขั้นต่ำระหว่างชั้นต่างๆ (1) การสังเคราะห์ฟิล์มนิกเกิลผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ที่ประสบความสำเร็จเนื่องจากพื้นผิวที่แบนเป็นพิเศษช่วยหลีกเลี่ยงความผิดปกติของกราไฟท์สังเคราะห์ (2) กราฟีน 100,000 ชั้นถูกปลูกโดยไอโซเทอร์มอลในเวลาประมาณ 100 ชั่วโมง เพื่อให้กราฟีนแต่ละชั้นถูกสังเคราะห์ในสภาพแวดล้อมและอุณหภูมิทางเคมีเดียวกัน ซึ่งทำให้กราไฟท์มีคุณภาพสม่ำเสมอ (3) การจ่ายคาร์บอนอย่างต่อเนื่องผ่านด้านหลังของฟอยล์นิกเกิลทำให้ชั้นของกราฟีนเติบโตอย่างต่อเนื่องในอัตราที่สูงมาก ประมาณหนึ่งชั้นทุกๆ ห้าวินาที”