Tím Science Island urobil nový pokrok v štúdiu makroskopických telies vysoko kryštalického grafénu

Nedávno tím výskumníka Zhenyang Wang z Ústavu pevných látok, Hefei Institute of Materials Science, Čínska akadémia vied, urobil sériu pokrokov v kovalentnom raste vysoko kryštalických makrozómov grafénu a modulácii ich elektrického správania a súvisiacich výsledky výskumu boli publikované v časopise Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
Grafén je dvojrozmerný uhlíkový materiál s vynikajúcimi mechanickými, elektrickými, tepelnými a optickými vlastnosťami. Efektívna príprava a makroskopická montáž grafénu majú veľký význam pre jeho rozsiahle aplikácie. V súčasnosti konvenčné metódy prípravy grafénových makrozómov, ako je samozostavenie v kvapalnej fáze, 3D tlač a metóda katalytickej šablóny, dokážu realizovať iba nekovalentné slabé interakčné spojenie medzi grafénovými lamelami, čo vedie k diskontinuite grafénovej kryštálovej štruktúry a stáva sa hlavným faktorom. obmedzenie elektrických vlastností grafénových makrozómov.
Vzhľadom na to výskumníci vyvinuli metódu kovalentného rastu s pomocou lasera po vrstvách na prípravu vysoko kryštalických makrozómov grafénu a simulácie molekulárnej dynamiky teoreticky odhalili mechanizmus kovalentného rastu. Metóda kovalentného rastu umožnila, aby materiál mal súvislú kryštálovú štruktúru a dosiahol 100--násobné zvýšenie jeho vodivosti medzi vrstvami v porovnaní s nekovalentným usporiadaním. Materiál pomáha riešiť problémy stohovania vrstiev, regulácie kvality kryštálov, iónových transportných kanálov, objemového efektu a ďalších problémov, ktorým čelí rozsiahla aplikácia grafénu, a kladie základ pre aplikáciu elektród na uchovávanie energie grafénu. Súvisiace výsledky výskumu boli publikované v Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
Okrem toho, aby sa vyriešil problém nedostatočnej vodivosti spôsobenej nízkou koncentráciou voľných elektrónov v grafénových elektródach, výskumníci zaviedli do materiálového systému voľné nanočastice medi bohaté na elektróny, čím sa vytvorila stabilná väzba Cu-C na rozhraní Cu a grafénu. , čím sa realizuje ultra vysoká vodivosť kompozitného materiálu vstrekovaním elektrónov s vodivosťou dosahujúcou 0.37×107 S m-1, ktorá je blízka vodivosti čistého kov. Vodivosť dosahuje 0,37 × 107 S m-1, čo je blízko k vodivosti čistého kovu a 3000-krát vyššie ako v prípade čistého grafénu. Röntgenová absorpčná jemná štruktúra (XAFS) v kombinácii so simuláciou funkčnej teórie hustoty (DFT) odhaľuje vplyv medzifázovej štruktúry na vodivosť, čo má veľký význam pre moduláciu vodivosti grafénu na splnenie rôznych aplikácií. Výsledky boli publikované v Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
Vyššie uvedená práca bola podporovaná Národným kľúčovým výskumným a vývojovým programom Číny, Čínskou národnou nadáciou pre prírodné vedy, hlavným projektom vedy a techniky provincie Anhui a kľúčovým výskumným a vývojovým programom provincie Anhui.