Science Island-teamet gør nye fremskridt i undersøgelsen af ​​makroskopiske legemer af højkrystallinsk grafen

For nylig har et team af forsker Zhenyang Wang fra Institute of Solid State, Hefei Institute of Materials Science, Chinese Academy of Sciences, gjort en række fremskridt inden for kovalent vækst af højkrystallinske grafenmakrosomer og modulering af deres elektriske adfærd, og den relaterede forskningsresultater er blevet offentliggjort i Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
Grafen er et todimensionelt kulstofmateriale med fremragende mekaniske, elektriske, termiske og optiske egenskaber. Den effektive forberedelse og makroskopiske samling af grafen er af stor betydning for dets store anvendelser. I øjeblikket kan konventionelle fremstillingsmetoder for grafenmakrosomer, såsom flydende fase-selvsamling, 3D-print og katalytisk skabelonmetode, kun realisere ikke-kovalent svag interaktionsforbindelse mellem grafenlameller, hvilket fører til diskontinuitet i grafenkrystalstrukturen og bliver hovedfaktoren begrænser grafenmakrosomernes elektriske egenskaber.
I lyset af dette udviklede forskerne en laser-assisteret lag-for-lag kovalent vækstmetode til at fremstille højkrystallinske grafenmakrosomer, og molekylær dynamik-simuleringer afslørede teoretisk dens kovalente vækstmekanisme. Den kovalente vækstmetode gjorde det muligt for materialet at have en kontinuerlig krystalstruktur og opnåede en 100-fold stigning i dets tværlagsledningsevne sammenlignet med ikke-kovalent samling. Materialet hjælper med at løse problemerne med lagstabling, krystalkvalitetsregulering, iontransportkanaler, volumeneffekt og andre problemer, som grafens storskalaapplikation står over for, og lægger grundlaget for grafens energilagringselektrodeanvendelse. De relaterede forskningsresultater blev offentliggjort i Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
For at løse problemet med utilstrækkelig ledningsevne forårsaget af lav fri elektronkoncentration i grafenelektroder introducerede forskerne frie elektronrige kobbernanopartikler i materialesystemet og dannede en stabil Cu-C-binding ved grænsefladen mellem Cu og grafen og realiserer således kompositmaterialets ultrahøje ledningsevne gennem elektroninjektion, hvor ledningsevnen når 0.37×107 S m-1, hvilket er tæt på ren metal. Ledningsevnen når 0,37×107 S m-1, hvilket er tæt på rent metal og 3000 gange højere end rent grafen. X-ray absorption fine structure (XAFS) spektroskopi kombineret med density functional theory (DFT) simulering afslører effekten af ​​grænsefladestrukturen på ledningsevnen, hvilket er af stor betydning for ledningsevnemodulationen af ​​grafen til at opfylde forskellige applikationer. Resultaterne blev offentliggjort i Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
Ovenstående arbejde blev støttet af Kinas nationale nøgleforsknings- og udviklingsprogram, Kinas nationale naturvidenskabsfond, Anhui Provincial Science and Technology Major Project og Anhui Provincial Key Research and Development Program.