Quenching med laser øger grafenkvaliteten

Russiske videnskabsmænd har fundet ud af, hvorfor grafenoxid i stedet for blot at brænde ned ved høje temperaturer åbner døren til en lovende og billig grafenproduktionsmetode. Forskningen blev publiceret i tidsskriftet Carbon .

Det er over et årti siden, at Nobelprisen blev tildelt for eksperimentel grafenforskning, men forskerne har stadig ikke fundet en måde at opnå højkvalitets grafen med stort areal, som ville være billigt, effektivt og skalerbart til industrielle behov. Grafenreduktion fra grafenoxid ved laserbestråling fremstår som en lovende vej:med grafenoxid fremstillet af almindelig grafit ved hjælp af kemiske metoder, lover den laserstøttede reduktionsteknik meget med hensyn til omkostninger og kontrollerbarhed af den resulterende materialekvalitet.

For et par år siden opdagede en gruppe Skoltech-forskere, at opvarmning af grafenoxid til 3300-3800 K, selv under atmosfæriske forhold, kan producere grafen af ​​ret høj kvalitet.

"Resultatet kom som en stor overraskelse for vores kolleger:temperaturen var meget høj, men alligevel opnåede de velstruktureret materiale. Kulstofmaterialer brænder let i atmosfærisk oxygen ved 600-800 K eller højere, hvorimod grafen i eksperimentet ved meget højere temperaturer erhvervet gode strukturelle egenskaber," sagde Nikita Orekhov, stedfortrædende leder af MIPT Laboratory of Supercomputer Methods in Condensed Matter Physics. "For at finde ud af årsagen til denne uventede effekt besluttede vi at studere højtemperatur grafenoxid-reduktionsprocessen ved hjælp af supercomputer atomistisk modellering og udføre yderligere forskning efter vores kollegers eksperimentdesign."

Forskerne fandt på den ene side, at iltatomer fra det gasformige miljø ved høje temperaturer (T> 3000 K) interagerer intensivt med grafen, oxiderer og ødelægger det. På den anden side begynder hurtig udglødning af krystalgitteret ved de samme temperaturer, hvilket gør det muligt at eliminere defekter. Under udglødningen retter gitterstrukturen sig ud i stedet for at falde fra hinanden.

"Det viser sig, at to modsatrettede processer forekommer samtidigt forskellige steder i et materiale, der er udsat for laserimpulser:brænding eller ødelæggelse er lokaliseret nær grafenpladernes defekter og grænser, hvor kulstofatomer er de mest kemisk aktive, mens udglødning primært forekommer i midten af ​​arket, hvor atomer foretrækker at sætte sig tilbage i en stabil konfiguration," sagde Stanislav Evlashin, førende forsker ved Skoltech Center for Materials Technologies (CMT).

Resultaterne kaster lys over opførsel af grafenoxid ved ekstreme temperaturer, hvor ligetil eksperimenter næppe er mulige. Forståelse af processerne beskrevet i papiret kan hjælpe med at videreudvikle og optimere metoderne til at opnå grafen af ​​høj kvalitet med monokrystaller med stort areal. + Udforsk yderligere

Grafen:Det handler om toppings