Простой и недорогой метод напыления, при котором наносится графеновая пленка, может исправить производственные дефекты и создать высококачественный графеновый слой на различных подложках, сообщают исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго и Корейского университета.
Их исследование доступно онлайн в журнале Advanced Functional Materials.
Графен, двухмерный чудо-материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, прочен, прозрачен и отлично проводит электричество. У него есть потенциал в широком спектре применений, таких как армирование и придание электрических свойств пластмассам; создание более плотных и быстрых интегральных схем; и создание лучших сенсорных экранов.
Хотя потенциальные возможности использования графена кажутся безграничными, не было простого способа перейти от микроскопических к крупномасштабным приложениям без внесения дефектов, говорит Александр Ярин, профессор UIC в области машиностроения и промышленной инженерии и один из главных исследователей. на учебе.
«Обычно графен производится в виде мелких чешуек, и даже эти маленькие чешуйки имеют дефекты», - сказал Ярин. Хуже того, когда вы пытаетесь нанести их на большую площадь, дефекты увеличиваются, а полезные свойства графена - его «волшебство» - теряются, сказал он.
Ярин впервые обратился к решению, как наносить графеновые чешуйки, чтобы сформировать однородный слой без каких-либо комков или пробелов. Он обратился к Сэму С. Юну, профессору машиностроения Корейского университета и одному из руководителей исследования.
Юн работал с уникальной системой кинетического распыления, которая использует сверхзвуковое ускорение капель через сопло Лаваля. Хотя Юн работал с разными материалами, Ярин считал, что его метод можно использовать для осаждения чешуек графена в гладкий слой.
Их система сверхзвукового распыления производит очень маленькие капли графеновой суспензии, которые равномерно диспергируются, быстро испаряются и уменьшают склонность графеновых хлопьев к агрегации.
Но, к удивлению исследователей, дефекты, присущие самим хлопьям, исчезли, как побочный продукт метода распыления. Результатом стал слой графена более высокого качества, как показал анализ другого сотрудника, Сумана Синха-Рэя, старшего научного сотрудника United States Gypsum и адъюнкт-профессора UIC в области машиностроения и промышленной инженерии.
Исследователи продемонстрировали, что энергия удара растягивает графен и реструктурирует расположение его атомов углерода в идеальные шестиугольники безупречного графена.
«Представьте, что Silly Putty ударяется о стену - она растягивается и плавно растекается», - сказал Ярин. «Это то, что, как мы полагаем, происходит с этими графеновыми хлопьями. Они ударяются с огромной кинетической энергией и растягиваются во всех направлениях.
"Мы используем пластичность графена - это фактически реструктуризация."
Другие попытки производить графен без дефектов или устранять дефекты после изготовления оказались сложными и непомерно дорогими, сказал Ярин.
Новый метод осаждения, который позволяет графену «лечить» свои дефекты во время нанесения, прост, недорог и может быть выполнен на любой подложке без необходимости последующей обработки, сказал он.
Ярин и его корейские коллеги надеются продолжить успешное сотрудничество и способствовать развитию промышленного применения графена.
Пак Юнг-Дже, Ли Юнг-Ган и Ча Ю-Хонг из Корейского университета; Сан-Хун Бэ и Джонг-Хюн Ан из Университета Йонсей; соавторами статьи являются Ён Че Юнг и Су Мин Ким из Корейского института науки и технологий.
Первоначальная поддержка сотрудничества между группой Ярин в МСЖД и группой Юна в Корейском университете была предоставлена Управлением по международным делам Nuveen International Development Fund в МСЖД и Корейским университетом.