Une nouvelle étude présente les meilleurs films de graphite

Le graphite de haute qualité a une excellente résistance mécanique, une stabilité thermique, une ductilité élevée et des conductivités thermiques et électriques dans le plan très élevées, et est donc l’un des matériaux avancés les plus importants pour de nombreuses applications, telles qu’un conducteur thermique cellulaire léger. Par exemple, un certain type de graphite, le graphite pyrolytique hautement ordonné (HOPG), est l’un des matériaux de laboratoire les plus largement utilisés.Ces excellentes propriétés proviennent de la structure en couches du graphite, où il existe de fortes liaisons covalentes entre les atomes de carbone. ont d’excellentes propriétés mécaniques, contribuent à la conductivité thermique et électrique, et la très faible interaction entre les couches de graphène conduit à une grande ductilité 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 naturel ou synthétisé est loin d’être idéale. Étant donné que la taille des plus grands domaines de graphite monocristallin dans les matériaux graphitiques est généralement inférieure à 1 mm, cela contraste fortement avec la taille de nombreux cristaux, tels que les monocristaux de quartz et les monocristaux de silicium, qui peuvent atteindre l’échelle du mètre. La très petite taille du graphite monocristallin est due à la faible interaction entre les couches de graphite, dans laquelle il est difficile de maintenir la planéité de la couche de graphène pendant le processus de croissance, de sorte que les joints de grains de graphite peuvent facilement se diviser en plusieurs monocristaux. .

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Pour résoudre ce problème important, le professeur émérite de l’Institut national des sciences et technologies d’Ulsan (UNIST) et ses collègues, le professeur Kaihui Liu, le professeur Enge Wang de l’Université de Pékin et d’autres ont proposé une stratégie pour synthétiser l’ordre de grandeur du graphite monocristallin. films. grand, à l’échelle du pouce. Dans leur approche, des feuilles de Ni monocristallin sont utilisées comme substrats, et des atomes de caron sont délivrés à l’arrière des feuilles de Ni par un “processus de dissolution-diffusion-dépôt isotherme”. Au lieu d’utiliser une source de carton en phase gazeuse, ils choisissent des matériaux en carbone solide pour soutenir la croissance du graphite. Une telle nouvelle stratégie pourrait produire des films de graphite monocristallin, ou plus de 100 000 couches de graphène, d’environ 1 pouce d’épaisseur et 35 μm d’épaisseur en quelques jours. Le graphite monocristallin a une conductivité thermique enregistrée d’environ 2880 Wm-1K-1, une teneur en dopant négligeable et le plus petit espacement intercouche de tout échantillon de graphite disponible.

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

(1) la synthèse réussie de films de Ni monocristallin de grande taille sert de substrat ultra-lisse et permet ainsi d’éviter les défauts dans le graphite tel que synthétisé ;

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(2) la croissance isotherme de 100 000 couches de graphène en ∼100 h permet de synthétiser chaque couche de graphène 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 l’arrière 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 Ding.

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

Source de l’histoire :

Soumis le matériel Institut national des sciences et technologies d’Ulsan (UNIST). Publié à l’origine par JooHyeon Heo. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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