Echipa Science Island face noi progrese în studiul corpurilor macroscopice ale grafenului extrem de cristalin

Recent, o echipă de cercetători Zhenyang Wang de la Institutul de Stat Solid, Institutul Hefei de Știința Materialelor, Academia Chineză de Științe, a făcut o serie de progrese în creșterea covalentă a macrozomilor grafen foarte cristalin și modularea comportamentelor lor electrice și a celor aferente. rezultatele cercetării au fost publicate în Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
Grafenul este un material de carbon bidimensional cu proprietăți mecanice, electrice, termice și optice excelente. Pregătirea eficientă și asamblarea macroscopică a grafenului sunt de mare importanță pentru aplicațiile sale pe scară largă. În prezent, metodele convenționale de preparare a macrozomilor de grafen, cum ar fi auto-asamblarea în fază lichidă, imprimarea 3D și metoda șablonului catalitic, pot realiza doar o conexiune de interacțiune slabă necovalentă între lamelele de grafen, ceea ce duce la discontinuitatea structurii cristalului de grafen și devine factorul principal. limitând proprietățile electrice ale macrozomilor grafen.
Având în vedere acest lucru, cercetătorii au dezvoltat o metodă de creștere covalentă strat cu strat asistată de laser pentru a prepara macrozomi de grafen foarte cristalin, iar simulările de dinamică moleculară au dezvăluit teoretic mecanismul său de creștere covalentă. Metoda de creștere covalentă a permis materialului să aibă o structură cristalină continuă și a obținut o creștere de 100-ori a conductivității sale încrucișate în comparație cu ansamblul necovalent. Materialul ajută la rezolvarea problemelor de stivuire a straturilor, reglarea calității cristalului, canalele de transport ionic, efectul de volum și alte probleme cu care se confruntă aplicarea pe scară largă a grafenului și pune bazele aplicării electrodului de stocare a energiei al grafenului. Rezultatele cercetării aferente au fost publicate în Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
În plus, pentru a rezolva problema conductibilității insuficiente cauzată de concentrația scăzută de electroni liberi în electrozii de grafen, cercetătorii au introdus nanoparticule de cupru bogate în electroni liberi în sistemul material, formând o legătură stabilă Cu-C la interfața dintre Cu și grafen. , realizând astfel conductivitatea ultra-înaltă a materialului compozit prin injecție de electroni, conductivitatea atingând 0.37×1{07 S m-1, care este apropiată de cea a purului metal. Conductivitatea atinge 0,37×107 S m-1, care este apropiată de cea a metalului pur și de 3000 de ori mai mare decât cea a grafenului pur. Spectroscopia cu structură fină de absorbție a razelor X (XAFS) combinată cu simularea teoriei funcționale a densității (DFT) dezvăluie efectul structurii interfeței asupra conductivității, care este de mare importanță pentru modularea conductibilității grafenului pentru a satisface diferite aplicații. Rezultatele au fost publicate în Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
Lucrarea de mai sus a fost susținută de Programul Național de Cercetare și Dezvoltare Cheie din China, Fundația Națională de Științe Naturale din China, Proiectul Major pentru Știință și Tehnologie Provincială Anhui și Programul Cheie de Cercetare și Dezvoltare Provincială Anhui.