Mokslo salos komanda daro naują pažangą tirdama makroskopinius labai kristalinio grafeno kūnus

Neseniai mokslininkų Zhenyang Wang iš Kinijos mokslų akademijos Hefėjaus Medžiagų mokslo instituto Kietojo kūno instituto komanda padarė daug pažangos kovalentinio labai kristalinio grafeno makrosomų augimo ir jų elektrinio elgesio moduliavimo srityje. tyrimų rezultatai buvo paskelbti Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
Grafenas yra dvimatė anglies medžiaga, turinti puikias mechanines, elektrines, šilumines ir optines savybes. Veiksmingas grafeno paruošimas ir makroskopinis surinkimas yra labai svarbūs jo plataus masto pritaikymui. Šiuo metu įprastiniai grafeno makrosomų paruošimo metodai, tokie kaip skystosios fazės savaiminis surinkimas, 3D spausdinimas ir katalizinio šablono metodas, gali realizuoti tik nekovalentinį silpną grafeno lamelių sąveikos ryšį, dėl kurio atsiranda grafeno kristalų struktūros nenuoseklumas ir tampa pagrindiniu veiksniu. ribojančios grafeno makrosomų elektrines savybes.
Atsižvelgdami į tai, mokslininkai sukūrė lazeriu remiamą sluoksnio po sluoksnio kovalentinio augimo metodą, skirtą labai kristalinėms grafeno makrosomoms paruošti, o molekulinės dinamikos modeliavimas teoriškai atskleidė jo kovalentinio augimo mechanizmą. Kovalentinio augimo metodas leido medžiagai turėti ištisinę kristalų struktūrą ir pasiekti 100-karto didesnį skersinio sluoksnio laidumą, palyginti su nekovalentiniu junginiu. Medžiaga padeda išspręsti sluoksnių klojimo, kristalų kokybės reguliavimo, jonų transportavimo kanalų, tūrio efekto ir kitas problemas, su kuriomis susiduria plataus masto grafeno taikymas, ir padeda grafeno energijos kaupimo elektrodų taikymui. Susiję tyrimų rezultatai buvo paskelbti „Advanced Functional Materials“ (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
Be to, siekdami išspręsti nepakankamo laidumo problemą, kurią sukelia maža laisvųjų elektronų koncentracija grafeno elektroduose, mokslininkai į medžiagų sistemą įvedė laisvųjų elektronų turtingas vario nanodaleles, kurios Cu ir grafeno sąsajoje sudarė stabilų Cu-C ryšį. , taip suvokiant itin didelį kompozitinės medžiagos laidumą per elektronų įpurškimą, kurio laidumas siekia 0,37 × 107 S m-1, kuris yra artimas gryno laidumo laidumui. metalo. Laidumas siekia 0,37 × 107 S m{10}}, kuris yra artimas gryno metalo laidumui ir 3000 kartų didesnis nei gryno grafeno. Rentgeno spindulių sugerties smulkiosios struktūros (XAFS) spektroskopija kartu su tankio funkcinės teorijos (DFT) modeliavimu atskleidžia sąsajos struktūros poveikį laidumui, kuris yra labai svarbus grafeno laidumo moduliavimui, kad jis atitiktų skirtingas programas. Rezultatai buvo paskelbti Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
Pirmiau minėtą darbą rėmė Kinijos nacionalinė pagrindinių tyrimų ir plėtros programa, Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas, pagrindinis Anhui provincijos mokslo ir technologijų projektas ir Anhui provincijos pagrindinių tyrimų ir plėtros programa.