צוות אי המדע עושה התקדמות חדשה במחקר של גופים מאקרוסקופיים של גרפן גבישי גבוה

לאחרונה, צוות של חוקר ז'ניאנג וואנג מהמכון למצב מוצק, מכון חפיי למדעי החומרים, האקדמיה הסינית למדעים, ביצע סדרה של התקדמות בצמיחה קוולנטית של מאקרוזומים של גרפן גבישי מאוד ובאפנון של ההתנהגויות החשמליות שלהם, והנושאים הקשורים לכך. תוצאות המחקר פורסמו ב-Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
גרפן הוא חומר פחמן דו מימדי בעל תכונות מכניות, חשמליות, תרמיות ואופטיות מצוינות. להכנה היעילה ולהרכבה המקרוסקופית של גרפן יש משמעות רבה עבור יישומיו בקנה מידה גדול. נכון לעכשיו, שיטות הכנה קונבנציונליות של מאקרוזומים של גרפן, כגון הרכבה עצמית בשלב נוזלי, הדפסת תלת מימד ושיטת תבנית קטליטית, יכולות לממש רק קשר אינטראקציה חלש לא קוולנטי בין למלות גרפן, מה שמוביל לחוסר המשכיות של מבנה הגביש של הגרפן והופך לגורם העיקרי. הגבלת התכונות החשמליות של מאקרוזומים של גרפן.
לאור זאת, החוקרים פיתחו שיטת צמיחה קוולנטית בסיוע לייזר שכבה אחר שכבה להכנת מאקרוזומים של גרפן גבישי מאוד, והדמיות דינמיקה מולקולרית חשפו תיאורטית את מנגנון הצמיחה הקוולנטי שלו. שיטת הגידול הקוולנטי אפשרה לחומר להיות בעל מבנה גבישי רציף, והשיגה פי 100-עלייה במוליכות צולבת השכבות שלו בהשוואה להרכבה לא קוולנטית. החומר עוזר לפתור את הבעיות של ערימת שכבות, ויסות איכות גבישים, תעלות הובלת יונים, אפקט נפח ובעיות אחרות העומדות בפני היישום בקנה מידה גדול של גרפן, ומניח את הבסיס ליישום אלקטרודות אגירת האנרגיה של גרפן. תוצאות המחקר הקשורות פורסמו ב-Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
בנוסף, על מנת לפתור את בעיית המוליכות הלא מספקת הנגרמת מריכוז נמוך של אלקטרונים חופשיים באלקטרודות גרפן, החוקרים הכניסו למערכת החומרים ננו-חלקיקי נחושת עשירים באלקטרונים חופשיים, ויצרו קשר Cu-C יציב בממשק של Cu וגרפן. , ובכך לממש את המוליכות האולטרה-גבוהה של החומר המרוכב באמצעות הזרקת אלקטרונים, כאשר המוליכות מגיעה ל-0.37×107 S m-1, שקרובה לזו של טהור. מַתֶכֶת. המוליכות מגיעה ל-0.37×107 S m-1, שקרובה לזו של מתכת טהורה וגבוהה פי 3000 מזו של גרפן טהורה. ספקטרוסקופיה של מבנה עדין קליטת קרני רנטגן (XAFS) בשילוב עם הדמיית תיאוריית תפקוד צפיפות (DFT) חושפת את ההשפעה של מבנה הממשק על המוליכות, שהיא בעלת משמעות רבה עבור אפנון המוליכות של גרפן כדי לענות על יישומים שונים. התוצאות פורסמו ב-Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
העבודה הנ"ל נתמכה על ידי תוכנית המפתח הלאומית למחקר ופיתוח של סין, הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, הפרויקט הגדול של המדע והטכנולוגיה של מחוז Anhui ותוכנית המחקר והפיתוח של מפתח פרובינציאלי של Anhui.