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Distinguido profesor Feng Ding en UNIST CREDIT Hong Beom Ahn |
Resumen:
El grafito de alta calidad tiene una excelente resistencia mecánica, estabilidad térmica, alta flexibilidad y muy alta conductividad térmica y eléctrica en el plano, lo que lo convierte en uno de los materiales avanzados clave para muchas aplicaciones, como: B. Uso como conductor de calor ligero de teléfonos celulares. Por ejemplo, un tipo de grafito, el grafito pirolítico altamente ordenado (HOPG), es uno de los materiales de laboratorio más utilizados. Materiales. Estas excelentes propiedades se derivan de la estructura en capas del grafito, donde el fuerte enlace covalente entre los átomos de carbono en una lámina de grafeno contribuye a las excelentes propiedades mecánicas, conductividades térmicas y eléctricas, y la muy débil interacción entre las láminas de grafeno da como resultado la alta flexibilidad del grafito. .
Un nuevo estudio revela las mejores películas de grafito: el trabajo del distinguido profesor Feng Ding de UNIST se publica en la edición de octubre de 2022 de Nature Nanotechnology
Ulsan, Corea | Publicado el 04/11/2022
Aunque el grafito se ha descubierto en la naturaleza durante más de 1000 años y su síntesis artificial se ha explorado durante más de 100 años, la calidad de las muestras de grafito, ya sea natural o sintetizado, está lejos de ser ideal. Por ejemplo, el tamaño de los dominios de grafito monocristalino más grandes en los materiales grafíticos es generalmente inferior a 1 mm, lo que contrasta fuertemente con el tamaño de muchos cristales, por ejemplo, el tamaño que pueden alcanzar los monocristales de cuarzo y los monocristales de silicio. la escala del metro. El tamaño muy pequeño del grafito monocristalino se debe a la débil interacción entre las capas de grafito, donde la planitud de una hoja de grafeno es difícil de mantener durante el proceso de crecimiento y, por lo tanto, un grafito puede romperse fácilmente en unos pocos granos desordenados monocristalinos. fronteras (ver Figura 1).
Para resolver el problema crítico, el distinguido profesor del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) y sus colaboradores, el profesor Kaihui Liu, el profesor Enge Wang de la Universidad de Pekín y otros, han propuesto una estrategia para sintetizar películas de grafito monocristalino de gran magnitud, hasta la escala de pulgadas. En su enfoque, se utilizan láminas de Ni de un solo cristal como sustrato, y los átomos de carona se suministran desde la parte posterior de las láminas de Ni mediante un «proceso isotérmico de disolución-difusión-precipitación» (consulte la Figura 2). En lugar de utilizar una fuente de cartón en fase gaseosa, eligen materiales de carbono sólido para alimentar el crecimiento de grafito. Esta nueva estrategia permite películas de grafito monocristalino de ~ 1 pulgada con un espesor de 35 μm o más de 100 000 capas de grafeno en unos pocos días. El grafito monocristalino tiene una conductividad térmica registrada de ~2880 Wm-1K-1, impurezas insignificantes y el menor espacio entre capas en comparación con todas las muestras de grafito disponibles.
“Este éxito realmente depende de algunos aspectos críticos del diseño experimental: (1) la síntesis exitosa de películas de Ni monocristalino de gran área sirve como un sustrato ultraplano y, por lo tanto, se pueden evitar las perturbaciones en el grafito sintetizado; (2) el crecimiento isotérmico de 100 000 hojas de grafeno durante ~100 horas permite que cada hoja de grafeno se sintetice exactamente en el mismo entorno químico y temperatura, lo que garantiza la uniformidad de la calidad del grafito; (3) el suministro continuo de carbono a través de la parte posterior de la lámina de Ni permite el crecimiento contiguo de láminas de grafeno a una tasa de crecimiento muy alta, ~ una lámina cada cinco segundos”, explicó el profesor Ding.
Los resultados de esta investigación se publicaron en la edición de octubre de 2022 de Nature Nanotechnology. El profesor Kaihui Liu y el profesor Enge Wang de la Universidad de Pekín participaron conjuntamente en este estudio.
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