Ryska forskare har tagit reda på varför grafenoxid, istället för att bara brinna ner vid höga temperaturer, öppnar dörren till en lovande och billig grafenproduktionsmetod. Forskningen publicerades i tidskriften Carbon .

Det har gått över ett decennium sedan Nobelpriset delades ut för experimentell grafenforskning, men forskare har fortfarande inte hittat något sätt att få tag i högkvalitativt storarea grafen, som skulle vara billigt, effektivt och skalbart för industriella behov. Grafenreduktion från grafenoxid genom laserbestrålning framstår som en lovande väg:med grafenoxid framställd av vanlig grafit med kemiska metoder, lovar den laserstödda reduktionstekniken mycket vad gäller kostnad och kontrollerbarhet av den resulterande materialkvaliteten.

För några år sedan upptäckte en grupp Skoltech-forskare att uppvärmning av grafenoxid till 3300-3800 K, även under atmosfäriska förhållanden, kan producera grafen av ganska hög kvalitet.

"Resultatet kom som en stor överraskning för våra kollegor:temperaturen var mycket hög, ändå fick de välstrukturerat material. Kolmaterial brinner lätt i atmosfäriskt syre vid 600-800 K eller högre, medan grafen i experimentet vid mycket högre temperaturer förvärvade goda strukturella egenskaper", säger Nikita Orekhov, biträdande chef för MIPT Laboratory of Supercomputer Methods in Condensed Matter Physics. "För att ta reda på orsaken till denna oväntade effekt bestämde vi oss för att studera grafenoxidreduktionsprocessen vid hög temperatur med hjälp av superdatoratomistisk modellering och utföra ytterligare forskning efter våra kollegors experimentdesign."

Forskarna fann att, å ena sidan, vid höga temperaturer (T> 3000 K) interagerar syreatomer från den gasformiga miljön intensivt med grafen, oxiderar och förstör det. Å andra sidan börjar snabb glödgning av kristallgittret vid samma temperaturer, vilket gör det möjligt att eliminera defekter. Under glödgningen rätas gallerstrukturen ut istället för att falla isär.

"Det visar sig att två motsatta processer inträffar samtidigt på olika ställen i ett material som utsätts för laserpulser:förbränning eller förstörelse är lokaliserad nära defekterna och gränserna för grafenark där kolatomer är de mest kemiskt aktiva, medan glödgning sker främst i mitten av arket där atomer föredrar att slå sig tillbaka i en stabil konfiguration", säger Stanislav Evlashin, ledande forskare vid Skoltech Center for Materials Technologies (CMT).

Fynden kastar ljus över grafenoxidens beteende vid extrema temperaturer, där enkla experiment knappast är möjliga. Att förstå de processer som beskrivs i artikeln kan hjälpa till att vidareutveckla och optimera metoderna för att erhålla högkvalitativt grafen med monokristaller med stor yta. + Utforska vidare

Grafen:Allt handlar om påläggen