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A grafite de alta qualidade tem excelente resistência mecânica, estabilidade térmica, alta flexibilidade e condutividades térmicas e elétricas no plano muito altas e, portanto, é um dos materiais avançados mais importantes para muitas aplicações, como sendo usado como condutor térmico de luz de células telefones. Por exemplo, um tipo específico de grafite, Grafite Pirolítico Altamente Ordenado (HOPG), é um dos laboratórios mais usados. materiais. Essas excelentes propriedades se originam da estrutura em camadas do grafite, onde a forte ligação covalente entre os átomos de carbono em uma camada de grafeno contribui para as excelentes propriedades mecânicas, condutividades térmicas e elétricas e a interação muito fraca entre as camadas de grafeno leva à alta flexibilidade do grafite.
Embora o grafite tenha sido descoberto na Natureza há mais de 1000 anos e sua síntese artificial tenha sido explorada há mais de 100 anos, a qualidade das amostras de grafite, sejam naturais ou sintetizadas, estão longe do ideal. Como o tamanho dos maiores domínios de grafite cristalino único em materiais grafíticos são geralmente inferiores a 1 mm, o que contrasta fortemente com o tamanho de muitos cristais, como o tamanho do cristal único de quartzo e os cristais únicos de silício podem atingir a escala do metro. O tamanho muito pequeno do grafite monocristalino é devido à fraca interação entre as camadas de grafite, onde a planicidade de uma camada de grafeno é difícil de ser mantida durante o processo de crescimento e, assim, um grafite pode ser facilmente quebrado em alguns cristais únicos com contornos de grão desordenados.
Para resolver a questão crítica, Distinguished Professor of Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) e seus colaboradores, Professor Kaihui Liu, Professor Enge Wang da Universidade de Pequim, e outros propuseram uma estratégia para sintetizar ordens de magnitude de filmes de grafite monocristalino grande, escala de até polegadas. Em sua abordagem, folhas de Ni cristalinas simples são usadas como substrato e átomos de caron são fornecidos a partir do lado de trás das folhas de Ni através de um “processo isotérmico de dissolução-difusão-precipitação”. Em vez de usar fonte de papelão em fase gasosa, eles escolhem materiais de carbono sólido para alimentar o crescimento de grafite. Essa nova estratégia permite filmes de grafite cristalino único de ~1 polegada de 35 µm de espessura, ou mais de 100.000 camadas de grafeno, em poucos dias. O grafite cristalino único tem a condutividade térmica registrada de ~2.880 Wm-1K-1, teor de impurezas insignificante e menores distâncias de camada em comparação com todas as amostras de grafite disponíveis.
“Esse sucesso realmente em algumas questões críticas do projeto experimental:
(1) a síntese bem sucedida de filmes de Ni cristalino único de grande tamanho serve como um substrato ultraplano e, assim, os distúrbios na grafite sintetizada podem ser evitados;
(2) o crescimento isotérmico de 100.000 camadas de grafeno ao longo de ~ 100 horas permite que cada camada de grafeno seja sintetizada exatamente no mesmo ambiente químico e temperatura, garantindo assim a uniformidade da qualidade do grafite;
(3) a alimentação contínua de carbono pela parte de trás da folha de Ni permite o crescimento contíguo de camadas de grafeno em uma taxa de crescimento muito grande, ~ uma camada por cinco segundos”, explicou o professor Ding.
Os resultados desta pesquisa foram publicados na edição de outubro de 2022 da Nature Nanotechnology. Este estudo contou com a participação conjunta do professor Kaihui Liu e do professor Enge Wang da Universidade de Pequim.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST). Original escrito por JooHyeon Heo. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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