L'equip de Science Island fa nous progressos en l'estudi de cossos macroscòpics de grafè altament cristal·lí

Recentment, un equip de l'investigador Zhenyang Wang de l'Institut d'Estat Sòlid, Hefei Institute of Materials Science, Acadèmia Xinesa de Ciències, ha fet una sèrie d'avenços en el creixement covalent de macrosomes de grafè altament cristal·lins i la modulació dels seus comportaments elèctrics, i els relacionats. els resultats de la investigació s'han publicat a Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
El grafè és un material de carboni bidimensional amb excel·lents propietats mecàniques, elèctriques, tèrmiques i òptiques. La preparació eficient i el muntatge macroscòpic del grafè són de gran importància per a les seves aplicacions a gran escala. Actualment, els mètodes convencionals de preparació de macrosomes de grafè, com ara l'autoassemblatge en fase líquida, la impressió 3D i el mètode de la plantilla catalítica, només poden realitzar una connexió d'interacció feble no covalent entre les làmines de grafè, que condueix a la discontinuïtat de l'estructura del cristall de grafè i es converteix en el factor principal. limitant les propietats elèctriques dels macrosomes de grafè.
En vista d'això, els investigadors van desenvolupar un mètode de creixement covalent capa per capa assistit per làser per preparar macrosomes de grafè altament cristal·lins, i les simulacions de dinàmica molecular van revelar teòricament el seu mecanisme de creixement covalent. El mètode de creixement covalent va permetre que el material tingués una estructura cristal·lina contínua i va aconseguir un augment de 100- vegades en la seva conductivitat de capes creuades en comparació amb el conjunt no covalent. El material ajuda a resoldre els problemes de l'apilament de capes, la regulació de la qualitat del cristall, els canals de transport d'ions, l'efecte de volum i altres problemes als quals s'enfronta l'aplicació a gran escala del grafè i posa les bases per a l'aplicació d'elèctrodes d'emmagatzematge d'energia del grafè. Els resultats de la investigació relacionats es van publicar a Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
A més, per resoldre el problema de la conductivitat insuficient causada per la baixa concentració d'electrons lliures als elèctrodes de grafè, els investigadors van introduir nanopartícules de coure riques en electrons lliures al sistema de material, formant un enllaç estable Cu-C a la interfície de Cu i grafè. , adonant-se així de la conductivitat ultraalta del material compost mitjançant la injecció d'electrons, amb la conductivitat que arriba a 0.37×1{07 S m-1, que és propera a la del pur metall. La conductivitat arriba a 0,37×107 S m-1, que és propera a la del metall pur i 3000 vegades superior a la del grafè pur. L'espectroscòpia d'estructura fina d'absorció de raigs X (XAFS) combinada amb la simulació de la teoria funcional de la densitat (DFT) revela l'efecte de l'estructura interfacial sobre la conductivitat, que és de gran importància per a la modulació de la conductivitat del grafè per satisfer diferents aplicacions. Els resultats es van publicar a Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
El treball anterior va comptar amb el suport del Programa Nacional de Recerca i Desenvolupament Clau de la Xina, la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina, el Projecte Principal de Ciència i Tecnologia Provincial d'Anhui i el Programa de Recerca i Desenvolupament Clau de la Província d'Anhui.