L'équipe de Science Island réalise de nouveaux progrès dans l'étude des corps macroscopiques du graphène hautement cristallin

Récemment, une équipe de chercheurs Zhenyang Wang de l'Institut de l'État solide de l'Institut Hefei des sciences des matériaux de l'Académie chinoise des sciences a réalisé une série de progrès dans la croissance covalente de macrosomes de graphène hautement cristallins et dans la modulation de leurs comportements électriques, ainsi que dans les domaines associés. les résultats de la recherche ont été publiés dans Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
Le graphène est un matériau carboné bidimensionnel doté d'excellentes propriétés mécaniques, électriques, thermiques et optiques. La préparation efficace et l’assemblage macroscopique du graphène revêtent une grande importance pour ses applications à grande échelle. Actuellement, les méthodes conventionnelles de préparation des macrosomes de graphène, telles que l'auto-assemblage en phase liquide, l'impression 3D et la méthode de modèle catalytique, ne peuvent réaliser qu'une connexion d'interaction faible non covalente entre les lamelles de graphène, ce qui conduit à une discontinuité de la structure cristalline du graphène et devient le facteur principal. limitant les propriétés électriques des macrosomes de graphène.
Compte tenu de cela, les chercheurs ont développé une méthode de croissance covalente couche par couche assistée par laser pour préparer des macrosomes de graphène hautement cristallins, et des simulations de dynamique moléculaire ont théoriquement révélé son mécanisme de croissance covalente. La méthode de croissance covalente a permis au matériau d'avoir une structure cristalline continue et a permis d'obtenir une conductivité intercouche 100- fois supérieure à celle d'un assemblage non covalent. Le matériau aide à résoudre les problèmes d'empilement de couches, de régulation de la qualité des cristaux, de canaux de transport d'ions, d'effet de volume et d'autres problèmes rencontrés par l'application à grande échelle du graphène, et jette les bases de l'application des électrodes de stockage d'énergie du graphène. Les résultats de la recherche associée ont été publiés dans Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI : 10.1002/adfm.202305191).
De plus, afin de résoudre le problème de conductivité insuffisante provoqué par une faible concentration d'électrons libres dans les électrodes de graphène, les chercheurs ont introduit des nanoparticules de cuivre riches en électrons libres dans le système matériel, formant une liaison Cu-C stable à l'interface du Cu et du graphène. , réalisant ainsi la conductivité ultra-élevée du matériau composite par injection d'électrons, la conductivité atteignant 0,37×107 S m-1, ce qui est proche de celle du pur métal. La conductivité atteint 0,37 × 107 S m-1, ce qui est proche de celle du métal pur et 3000 fois supérieure à celle du graphène pur. La spectroscopie de structure fine d'absorption des rayons X (XAFS), combinée à la simulation de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), révèle l'effet de la structure interfaciale sur la conductivité, ce qui est d'une grande importance pour la modulation de conductivité du graphène afin de répondre à différentes applications. Les résultats ont été publiés dans Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
Les travaux ci-dessus ont été soutenus par le programme clé national de recherche et de développement de Chine, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le projet majeur de science et de technologie de la province d'Anhui et le programme clé de recherche et de développement de la province d'Anhui.