Forskere syntetiserer 3D-grafenfilm med højenergi E-stråle

For nylig, Prof. Wang Zhenyangs forskergruppe fra Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har forberedt makroskopiske tykke tredimensionelle (3D) porøse grafenfilm.

Ved at bruge en højenergi-elektronstråle som energikilde og udnytte fordelene ved e-strålens høje kinetiske energi og lave refleksionskarakteristika, forskerne inducerede polyimid-precursor direkte i en 3D porøs grafenkrystalfilm med en tykkelse på op til 0,66 mm. Relaterede forskningsresultater blev offentliggjort i tidsskriftet Kulstof .

Grafen har vist sig at være et nyt strategisk materiale på grund af dets mange exceptionelle kemiske og fysiske egenskaber. Integrering af et dimensionelt (3D) porøst grafennetværk kan forhindre genstabling af grafenplader og muliggør nem adgang og spredning af ioner. Imidlertid, effektiv syntese af makroskopiske tykke 3D porøse grafenfilm er stadig en udfordring.

Den høje øjeblikkelige energi af en laser kan inducere den direkte karbonisering af den kulstofholdige matrix for at danne grafen af ​​høj krystallinsk kvalitet. Men laserens indtrængningsdybde i den kulstofholdige matrix er ret lav, resulterer i utilstrækkelig tykkelse af den forberedte grafenfilm, hvilket begrænser dets anvendelse i faktiske enheder. Derfor, at udforske en mere effektiv energikilde er et nøgleproblem, der skal løses omgående for industriel anvendelse af højenergistråleinduceret grafen.

I denne forskning, forskerne brugte en højenergi e-stråle som en ny energikilde til at realisere effektiv fremstilling af makroskopiske tykke 3D porøse grafenkrystalfilm på polyimidprækursoren.

Sammenlignet med lasere, højenergi e-stråler har mange fordele, herunder nulrefleksion, høj kinetisk energi, injektionseffekt, og enkel fokus kontrol, gør e-strålen til en bedre energikilde til hurtigt at inducere karbonisering af polyimid-forstadier til fremstilling af grafen.

Brint, oxygen og nogle andre komponenter i polyimid kan hurtigt undslippe i form af gas, resulterer i en rigelig 3D-porestruktur af grafen.

Denne undersøgelse viser, at tykkelsen af ​​e-beam-induceret grafen (EIG) film er så høj som 0,66 mm, og syntesehastigheden er 84 cm ² /min, som er væsentligt større end det, en laser tilbyder. Desuden, EIG er med succes blevet anvendt til feltet af superkondensatorelektroder, som viser fremragende elektrokemisk lagerkapacitet.

Med fremtrædende fototermisk ydeevne, EIG kan også anvendes på området for solfototermisk anti-isning og afisning. Temperaturerne kan være -40 °C, som anses for ultra-lav.