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  • Es posible un gran grafeno monocristalino

    Usando una nueva técnica, los científicos obtuvieron un núcleo de cobre monocristalino de Cu (111) en el extremo ahusado de la lámina que se expandió gradualmente hasta la longitud completa de la lámina en varios minutos (b). Esta lámina de cobre monocristalino se utilizó como sustrato para cultivar grafeno en su superficie. El proceso de cristalización del grafeno comenzó con pequeñas islas hexagonales de cristales de grafeno, que creció hasta cubrir toda la superficie (c, de izquierda a derecha). Las líneas punteadas de color púrpura (c) muestran que las islas de grafeno hexagonales son paralelas entre sí:un aspecto clave para el éxito del proceso de cristalización. Crédito:IBS, Universidad de Peking

    Gracias a su conductividad, fuerza y ​​flexibilidad, El grafeno se considera uno de los sustitutos más probables del silicio y otros materiales. Sin embargo, todavía no ha dado lugar a aplicaciones industriales. El grafeno monocristalino de alta calidad solo se puede producir en cantidades de un par de milímetros a unos pocos centímetros de tamaño. Recientemente, un equipo dirigido por el Prof. Feng Ding y el Prof. Rodney Ruoff del Instituto de Ciencias Básicas (IBS), Prof. Kaihui Liu de la Universidad de Pekín, y sus colaboradores informaron de la síntesis de una gran hoja de grafeno monocristalino monocapa. Este resultado permite un salto adelante en la producción de grafeno hacia un método optimizado de fabricación de un (> 99,9% alineado) 5 × 50 cm 2 grafeno monocristalino en solo 20 minutos. Es más, los bajos costes de producción, comparable a las películas de grafeno policristalino de menor calidad disponibles en el mercado, podría ampliar su usabilidad. Detallado en Boletín de ciencia , Se espera que el método estimule un mayor trabajo fundamental sobre el grafeno y materiales relacionados, incluido el plegado a gran escala de láminas de grafeno, similar al papel, creando formas parecidas a origami o kirigami que podrían aplicarse a futuros circuitos flexibles.

    El grafeno monocristalino es una monocapa de átomos de carbono en forma de panal, uniforme en todo el material Por otro lado, El grafeno policristalino está formado por islas de grafeno orientadas al azar, que disminuyen su calidad. En la actualidad, los científicos pueden cultivar grafeno policristalino del tamaño de un metro y grafeno monocristalino más pequeño, que van desde 0,01 mm 2 a unos cm 2 . La síntesis de grafeno monocristalino grande a bajo costo es un objetivo crítico de la síntesis de grafeno. En este estudio, El grafeno se cultiva en la superficie de un 5 × 50 cm. 2 hoja de cobre, que se transformó en una lámina de cobre monocristalino calentando a ~ 1, 030 °. La pendiente de temperatura de caliente a frío movió el llamado límite de grano hacia adelante, creando un solo cristal perfecto. En el tratamiento de calentamiento y enfriamiento, los átomos de cobre migran dentro del material, organizar en una estructura ordenada con menos defectos. "El secreto para obtener grafeno monocristalino en tamaños grandes es tener un cobre monocristalino perfecto como base para empezar. La lámina de cobre monocristalino grande no está disponible comercialmente, por lo que los laboratorios deben construirlo con sus propios medios, "explica Feng Ding, líder de grupo en el Centro de Materiales de Carbono Multidimensional.

    Luego, a través de otra técnica llamada deposición química de vapor, Se forman millones de islas de grafeno paralelas en la superficie de la lámina de cobre. A medida que se depositan más átomos de carbono en la lámina, las islas crecen hasta que se fusionan y forman una capa de grafeno monocristalino casi perfecta que cubre toda la superficie disponible.

    Se colocan tres iPhones cerca como referencia. Crédito:IBS

    Para optimizar la técnica, El equipo tuvo que considerar cuatro desafíos técnicos:(i) preparación de una lámina de cobre monocristalino en un área muy grande, (ii) obtener un alto grado de alineación de las islas de grafeno después de su nucleación y crecimiento, (iii) coser a la perfección las islas de grafeno en un solo cristal mediante un mayor crecimiento y (iv) el rápido crecimiento del grafeno monocristalino. Aunque los informes anteriores han abordado algunos de los desafíos anteriores, este estudio los superó a todos e hizo posible la síntesis de grafeno monocristalino del tamaño de un metro. El grado de las islas de grafeno desalineadas es inferior al 0,1 por ciento, que ascienden a defectos insignificantes y límites de grano en los productos.

    El resultado actual estaba limitado solo por el tamaño de la lámina de cobre y, en principio, tanto el tamaño de la lámina de cobre como la película de grafeno podrían ser ilimitados. Además, considerando el tiempo muy corto para la síntesis de grafeno (20 minutos) y la configuración experimental de costo relativamente bajo, el precio de un grafeno monocristalino (o casi monocristalino) podría acercarse al de las películas de grafeno policristalino actuales.

    "El sueño de muchos científicos es reemplazar el silicio, "dice Ding". Ahora, estamos explorando cuál es el mejor material para cultivar grafeno en la parte superior, y cómo utilizar el cobre como sustrato para otros materiales 2-D interesantes ".


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