Екипът на Science Island прави нов напредък в изследването на макроскопични тела от силно кристален графен

Наскоро екип от изследовател Zhenyang Wang от Института за твърдо състояние, Hefei Institute of Materials Science, Китайската академия на науките, постигна серия от напредък в ковалентния растеж на силно кристални графенови макрозоми и модулиране на тяхното електрическо поведение и свързаното с това резултатите от изследването са публикувани в Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
Графенът е двуизмерен въглероден материал с отлични механични, електрически, термични и оптични свойства. Ефективната подготовка и макроскопичното сглобяване на графен са от голямо значение за неговите широкомащабни приложения. Понастоящем конвенционалните методи за приготвяне на графенови макрозоми, като самосглобяване на течна фаза, 3D печат и метод на каталитичен шаблон, могат да реализират само нековалентна слаба връзка на взаимодействие между графеновите ламели, което води до прекъсване на кристалната структура на графена и се превръща в основен фактор ограничаване на електрическите свойства на графеновите макрозоми.
С оглед на това изследователите разработиха лазерно-подпомогнат метод за ковалентен растеж слой по слой, за да подготвят силно кристални графенови макрозоми, а симулациите на молекулярната динамика теоретично разкриха неговия механизъм на ковалентен растеж. Методът на ковалентния растеж позволи на материала да има непрекъсната кристална структура и постигна 100-кратно увеличение на проводимостта на кръстосания слой в сравнение с нековалентното сглобяване. Материалът помага за решаването на проблемите с подреждането на слоеве, регулирането на качеството на кристалите, йонните транспортни канали, ефекта на обема и други проблеми, пред които е изправено широкомащабното приложение на графен, и поставя основата за приложението на графен като електрод за съхранение на енергия. Резултатите от свързаните изследвания бяха публикувани в Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
Освен това, за да решат проблема с недостатъчната проводимост, причинена от ниската концентрация на свободни електрони в графеновите електроди, изследователите въведоха богати на свободни електрони медни наночастици в материалната система, образувайки стабилна Cu-C връзка на границата на Cu и графен , като по този начин се реализира свръхвисоката проводимост на композитния материал чрез инжектиране на електрони, като проводимостта достига 0.37×107 S m-1, което е близко до това на чист метал. Проводимостта достига 0,37×107 S m-1, което е близко до това на чистия метал и 3000 пъти по-високо от това на чистия графен. Рентгенова абсорбционна фина структура (XAFS) спектроскопия, съчетана със симулация на функционална теория на плътността (DFT), разкрива ефекта на междинната структура върху проводимостта, което е от голямо значение за модулирането на проводимостта на графена, за да отговаря на различни приложения. Резултатите са публикувани в Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
Горната работа беше подкрепена от Националната програма за ключови изследвания и развитие на Китай, Националната природонаучна фондация на Китай, големия проект за наука и технологии на провинция Анхуей и Програмата за ключови изследвания и развитие на провинция Анхуей.