Investigadores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Ulsan de Corea están proponiendo una estrategia para sintetizar películas de grafito monocristalino de órdenes de magnitud grandes, hasta una escala de pulgadas. Se espera que esta idea sea útil desde la perspectiva tanto de la investigación fundamental como de la tecnología, en particular la asociada con el desarrollo de baterías y energía limpia.
En su enfoque, se utilizan láminas de níquel monocristalino como sustrato y se suministran átomos de carbono desde la parte posterior de las láminas de Ni a través de un proceso isotérmico de disolución-difusión-precipitación.
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El objetivo detrás del nuevo método es abordar el problema de la tendencia del grafito a romperse en unos pocos cristales individuales con límites de grano desordenados, que es una consecuencia de la débil interacción entre las capas de grafito, donde la planitud de una capa de grafeno es difícil de mantener durante el proceso de crecimiento.
Debido a esto, el tamaño de los dominios de grafito monocristalino más grandes en los materiales grafíticos es generalmente inferior a 1 mm, lo que contrasta fuertemente con el tamaño de muchos cristales, como los monocristales de cuarzo y los monocristales de silicio, que pueden alcanzar la escala de un metro. Esto quiere decir que la calidad del grafito no es muy alta.
El nuevo enfoque que aborda estos problemas implica que, en lugar de utilizar una fuente de carbono en fase gaseosa, se emplean materiales de carbono sólido para alimentar el crecimiento de grafito. La nueva estrategia crea películas de grafito monocristalino de ~1 pulgada 35 μm de espesor, o más de 100,000 capas de grafeno, en pocos días. El grafito monocristalino tiene una conductividad térmica registrada de ~2,880 Wm-1K-1, contenidos de impurezas insignificantes y distancias de capa más pequeñas en comparación con todas las muestras de grafito disponibles.
“Este éxito se basa en algunos aspectos críticos del diseño experimental: uno, la síntesis exitosa de películas de Ni monocristalino de gran tamaño sirve como un sustrato ultraplano y, por lo tanto, se pueden evitar los trastornos en el grafito sintetizado; dos, el crecimiento isotérmico de 100, 000 capas de grafeno durante ~ 100 horas permite que cada capa de grafeno para ser sintetizado bajo exactamente el mismo ambiente químico y temperatura asegurando así la uniformidad de la calidad del grafito; tres, la alimentación continua de carbono a través de la parte posterior de la lámina de Ni permite el crecimiento contiguo de las capas de grafeno en una tasa de crecimiento muy grande, ~ una capa cada cinco segundos”, dijo Feng Ding, uno de los coautores del estudio.
