Science Island 팀, 고결정성 그래핀의 거시적 몸체 연구에서 새로운 진전을 이루다

최근 중국과학원 허페이재료과학연구소 고체연구소의 Zhenyang Wang 연구원 팀은 고결정성 그래핀 매크로솜의 공유결합 성장과 전기적 거동의 조절 및 관련 분야에서 일련의 발전을 이루었습니다. 연구 결과는 Advanced Functional Materials 및 Chemical Engineering Journal에 게재되었습니다.
그래핀은 우수한 기계적, 전기적, 열적, 광학적 특성을 지닌 2차원 탄소 소재입니다. 그래핀의 효율적인 준비와 거시적 조립은 대규모 응용 분야에서 매우 중요합니다. 현재 액상 자기조립, 3D 프린팅, 촉매 주형법 등 그래핀 마크로좀의 기존 제조 방법은 그래핀 라멜라 사이의 비공유적 약한 상호작용 연결만 실현할 수 있으며, 이는 그래핀 결정 구조의 불연속성을 초래하고 주요 요인이 됩니다. 그래핀 거대체의 전기적 특성을 제한합니다.
이를 고려하여 연구진은 고결정성 그래핀 매크로솜을 제조하기 위해 레이저를 이용한 층별 공유 성장 방법을 개발했으며, 분자 역학 시뮬레이션을 통해 이론적으로 공유 결합 성장 메커니즘을 밝혔습니다. 공유 성장 방법을 통해 물질은 연속적인 결정 구조를 가질 수 있었고, 비공유 조립에 비해 층간 전도성이 100-배 증가했습니다. 이 소재는 그래핀의 대규모 응용 시 직면하는 층 적층, 결정 품질 조절, 이온 전달 채널, 부피 효과 등의 문제를 해결하는 데 도움을 주며, 그래핀의 에너지 저장 전극 응용을 위한 기반을 마련합니다. 관련 연구 결과는 Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191)에 게재되었습니다.
또한, 연구진은 그래핀 전극의 낮은 자유전자 농도로 인해 발생하는 전도성 부족 문제를 해결하기 위해 자유전자가 풍부한 구리 나노입자를 물질계에 도입해 Cu와 그래핀의 계면에서 안정적인 Cu-C 결합을 형성했다. , 전자 주입을 통해 복합재료의 초고전도도를 구현하며, 순수 전도성에 가까운 0.37×107Sm-1에 도달합니다. 금속. 전도성은 0.37×107 Sm-1에 달하며 이는 순수 금속에 가깝고 순수 그래핀보다 3000배 더 높습니다. 밀도 범함수 이론(DFT) 시뮬레이션과 결합된 X선 흡수 미세 구조(XAFS) 분광법은 계면 구조가 전도도에 미치는 영향을 보여 주며, 이는 그래핀의 전도도 조정이 다양한 응용 분야를 충족하는 데 매우 중요합니다. 연구결과는 Chemical Engineering Journal(Chem. Eng. J., 462, 142319(2023))에 게재됐다.
위 작업은 중국 국가 핵심 연구 개발 프로그램, 중국 국립 자연과학 재단, 안후이성 과학 기술 전공 프로젝트, 안후이성 핵심 연구 개발 프로그램의 지원을 받았습니다.