(a) Ett schematiskt diagram över processen med e-beam bombardement för att inducera grafen på polyimid; (b) SEM-bild av EIG; (c) Raman-spektra (ovan) och XRD-spektra (nedan) för EIG och polyimidfilm. (d) CV-kurvorna vid olika skanningshastigheter för EIG-elektrod; (e) GCD-diagrammen vid olika strömtätheter för EIG-elektroden; (f) Fototermisk prestanda för EIG-material vid -40 °C. Kredit:Li Nian
Nyligen, Prof. Wang Zhenyangs forskargrupp från Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har förberett makroskopiska tjocka tredimensionella (3D) porösa grafenfilmer.
Att använda en högenergielektronstråle som energikälla och dra fördelar av e-strålens höga kinetiska energi och lågreflektionsegenskaper, forskarna inducerade direkt polyimidprekursor till en 3D porös grafenkristallfilm med en tjocklek på upp till 0,66 mm. Relaterade forskningsresultat publicerades i tidskriften Kol .
Grafen har visat sig vara ett nytt strategiskt material på grund av dess många exceptionella kemiska och fysikaliska egenskaper. Att integrera ett dimensionellt (3D) poröst grafennätverk kan förhindra omstapling av grafenark och möjliggör enkel åtkomst och spridning av joner. Dock, effektiv syntes av makroskopiska tjocka 3D porösa grafenfilmer är fortfarande en utmaning.
Den höga momentana energin hos en laser kan inducera direkt karbonisering av den kolhaltiga matrisen för att bilda grafen av hög kristallin kvalitet. Men laserns penetrationsdjup i den kolhaltiga matrisen är ganska låg, vilket resulterar i otillräcklig tjocklek på den preparerade grafenfilmen, vilket begränsar dess tillämpning i faktiska enheter. Därför, att utforska en mer effektiv energikälla är ett nyckelproblem som måste lösas snarast för industriell tillämpning av högenergistråleinducerad grafen.
I denna forskning, forskarna använde en högenergi e-stråle som en ny energikälla för att förverkliga effektiv beredning av makroskopiska tjocka 3D porösa grafenkristallfilmer på polyimidprekursorn.
Jämfört med laser, e-strålar med hög energi har många fördelar inklusive nollreflektion, hög kinetisk energi, injektionseffekt, och enkel fokuskontroll, vilket gör e-strålen till en bättre energikälla för att snabbt inducera förkolning av polyimidprekursorer för att producera grafen.
Väte, syre och vissa andra komponenter i polyimid kan snabbt strömma ut i form av gas, vilket resulterar i en riklig 3D-porstruktur av grafen.
Denna studie visar att tjockleken på e-beam-inducerad grafen (EIG) film är så hög som 0,66 mm, och synteshastigheten är 84 cm 2 /min, vilket är betydligt större än vad en laser erbjuder. Vidare, EIG har framgångsrikt tillämpats på området för superkondensatorelektroder, som visar utmärkt elektrokemisk lagringskapacitet.
Med framträdande fototermisk prestanda, EIG kan också tillämpas på området för fototermisk anti-isning och avisning. Temperaturerna kan vara -40 °C, vilket anses vara ultralågt.
