新研究介绍了最好的石墨薄膜

优质石墨具有优异的机械强度、热稳定性、高柔韧性和非常高的面内热导率和电导率，因此是许多应用中最重要的先进材料之一，例如用作电池的光热导体电话。例如，一种特定类型的石墨，高有序热解石墨(HOPG)，是最常用的实验室之一。材料。这些优异的性能源于石墨的层状结构，其中石墨烯层中碳原子之间的强共价键有助于优异的机械性能、导热性和导电性，而石墨烯层之间非常弱的相互作用导致石墨的高度柔韧性。

尽管石墨在自然界中的发现已有1000多年，对其人工合成的探索也有100多年的历史，但无论是天然的还是合成的，石墨样品的质量都远非理想。如石墨材料中最大的单晶石墨畴尺寸一般小于1mm，这与许多晶体的尺寸形成鲜明对比，如石英单晶和硅单晶的尺寸可能达到米级。单晶石墨的尺寸非常小是由于石墨层之间的相互作用较弱，在生长过程中石墨烯层的平整度很难保持，因此石墨很容易破碎成几个单晶晶界无序。

为解决这一关键问题，蔚山国立科学技术研究院(UNIST)特聘教授及其合作者刘凯辉教授、北京大学王恩格教授等提出了合成数量级单晶石墨薄膜的策略大，可达英寸规模。在他们的方法中，单晶镍箔用作基板，并通过“等温溶解-扩散-沉淀过程”从镍箔背面提供碳原子。他们没有使用气相纸箱源，而是选择了固体碳材料来促进石墨的生长。这种新策略允许在几天内制造出约1英寸、厚度为35微米的单晶石墨薄膜，或超过100,000个石墨烯层。

“这一成功确实在实验设计的几个关键问题上：

(1)大尺寸单晶镍薄膜的成功合成，作为超平衬底，避免了合成石墨的紊乱;

(2)100,000层石墨烯层在约100小时内等温生长，使每一层石墨烯层都在完全相同的化学环境和温度下合成，从而保证石墨质量的均匀性;

(3)通过镍箔背面的连续碳进料允许石墨烯层以非常大的生长速度连续生长，大约每五秒一层，”丁教授解释说。

这项研究的结果已发表在2022年10月的NatureNanotechnology杂志上。本研究由北京大学刘凯辉教授和王恩格教授共同参与。