فريق جزيرة العلوم يحقق تقدمًا جديدًا في دراسة الأجسام العيانية للجرافين عالي التبلور

في الآونة الأخيرة، حقق فريق من الباحثين زينيانغ وانغ من معهد الحالة الصلبة، ومعهد خفي لعلوم المواد، والأكاديمية الصينية للعلوم، سلسلة من التطورات في النمو التساهمي لجسيمات الجرافين الكبيرة شديدة التبلور وتعديل سلوكياتها الكهربائية، وما يتصل بها من أمور. تم نشر نتائج البحث في مجلة المواد الوظيفية المتقدمة والهندسة الكيميائية.
الجرافين عبارة عن مادة كربونية ثنائية الأبعاد ذات خصائص ميكانيكية وكهربائية وحرارية وبصرية ممتازة. يعد التحضير الفعال والتجميع العياني للجرافين ذا أهمية كبيرة لتطبيقاته واسعة النطاق. في الوقت الحالي، لا يمكن لطرق التحضير التقليدية لجزيئات الجرافين الكبيرة، مثل التجميع الذاتي للطور السائل والطباعة ثلاثية الأبعاد وطريقة القالب الحفاز، أن تحقق سوى اتصال تفاعل ضعيف غير تساهمي بين صفائح الجرافين، مما يؤدي إلى انقطاع بنية بلورة الجرافين ويصبح العامل الرئيسي الحد من الخواص الكهربائية لجسيمات الجرافين.
وفي ضوء ذلك، طور الباحثون طريقة نمو تساهمي طبقة تلو طبقة بمساعدة الليزر لتحضير جسيمات كبيرة من الجرافين شديدة التبلور، وكشفت عمليات محاكاة الديناميكيات الجزيئية نظريًا عن آلية نموها التساهمي. مكنت طريقة النمو التساهمي المادة من الحصول على بنية بلورية مستمرة، وحققت زيادة بمقدار 100- أضعاف في موصليتها عبر الطبقات مقارنة بالتجميع غير التساهمي. تساعد المادة في حل مشاكل تكديس الطبقات، وتنظيم الجودة البلورية، وقنوات نقل الأيونات، وتأثير الحجم وغيرها من المشكلات التي يواجهها تطبيق الجرافين على نطاق واسع، وتضع الأساس لتطبيق قطب تخزين طاقة الجرافين. تم نشر نتائج الأبحاث ذات الصلة في مجلة Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
بالإضافة إلى ذلك، من أجل حل مشكلة التوصيل غير الكافي الناجم عن انخفاض تركيز الإلكترون الحر في أقطاب الجرافين، أدخل الباحثون جسيمات نانوية نحاسية غنية بالإلكترونات الحرة في نظام المواد، مما شكل رابطة Cu-C مستقرة عند واجهة النحاس والجرافين. ، وبالتالي تحقيق الموصلية العالية للغاية للمادة المركبة من خلال حقن الإلكترون، مع الموصلية التي تصل إلى 0.37×107 S m-1، وهي قريبة من تلك النقية معدن. تصل الموصلية إلى 0.37×107 S m-1، وهي قريبة من موصلية المعدن النقي وأعلى 3000 مرة من موصلية الجرافين النقي. يكشف التحليل الطيفي للبنية الدقيقة لامتصاص الأشعة السينية (XAFS) جنبًا إلى جنب مع محاكاة نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) عن تأثير البنية البينية على الموصلية، وهو أمر له أهمية كبيرة بالنسبة لتعديل توصيلية الجرافين لتلبية التطبيقات المختلفة. تم نشر النتائج في مجلة الهندسة الكيميائية (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
تم دعم العمل المذكور أعلاه من قبل البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، والمشروع الرئيسي للعلوم والتكنولوجيا في مقاطعة آنهوي، وبرنامج البحث والتطوير الرئيسي في مقاطعة آنهوي.