야외에서 크고 균일한 그래핀 유리를 생산하는 초고속 방법

29년 2024월 XNUMX일(나노 워크 스포트라이트) 그래 핀2차원 벌집 격자로 배열된 탄소 원자의 단일 층인 는 놀라운 특성으로 인해 발견 이후 연구자들의 관심을 끌었습니다. 그러나 그래핀의 잠재력을 최대한 실현하는 길은 비용 효율적이고 확장 가능한 방식으로 대형 고품질 그래핀 필름을 생산하는 것과 관련된 문제로 인해 방해를 받았습니다. 지난 10년 동안, 화학 기상 증착 (CVD)는 고품질의 연속 그래핀 필름을 성장시키는 주요 방법으로 부상했습니다. 4피트 길이의 단결정 그래핀 필름을 합성하고 단 10분 만에 XNUMX인치 단결정 그래핀 웨이퍼를 생산하는 등 눈에 띄는 발전에도 불구하고 CVD 방법은 여전히 복잡함으로 인해 효율성과 균일성 측면에서 한계에 직면해 있습니다. 합성 조건이 필요합니다. 대면적의 균일한 그래핀 필름을 성장시키는 것은 특히 산업 규모 생산 요구 사항을 충족하는 데 있어 중요한 과제로 남아 있습니다. 최근 획기적인 발전을 이루기 위해 중국 베이징 나노과학 기술 센터의 나노물질 및 나노안전성의 생물의학 효과를 위한 CAS 핵심 연구소 연구진 팀은 그래핀과 관련된 많은 한계를 극복하는 새로운 그래핀 성장 방법을 개발했습니다. 전통적인 CVD 기술. SEMI(스캐닝 전자기 유도) 담금질 방법을 사용하면 진공 챔버나 촉매 없이 야외에서 크고 균일한 그래핀 유리를 초고속 합성할 수 있습니다. 이 연구는 다음에서 출판되었습니다. 고급 기능성 재료 (“스캐닝 전자기유도 담금질 방식을 통한 공기 중 대형 균일 그래핀유리의 고효율 성장”). SEMI 공법 도입으로 크고 균일한 그래핀 유리 제조

SEMI 방법을 도입하여 크고 균일한 그래핀 유리를 생산했습니다. a) 집에서 만든 실험 시스템의 그림; b) SEMI 방법에 의한 그래핀 형성 메커니즘의 개략도; c) 400mm × 400mm 그래핀 유리 사진; d) 그래핀 필름의 서로 다른 영역에서 수집된 대표적인 라만 스펙트럼; e) Cu 그리드에 전사된 그래핀 필름의 고해상도 TEM(HR-TEM) 이미지; f) 60mm × 50mm 영역의 표면 저항 값 분포(100개 지점에서 수집) g,h) 공초점 SEM-라만 결과; g) SEM 이미지, 삽입된 부분은 HR-SEM 이미지입니다. h) G 피크 강도의 라만 매핑; i) 그래핀 패턴의 사진; j) 그래핀 유리섬유 질감의 사진; k) 그래핀 유리 섬유 질감의 SEM 이미지, 삽입된 그림은 연속 필름으로 코팅된 한 섬유 표면의 SEM 이미지입니다. (Wiley-VCH Verlag의 허가를 받아 재인쇄) SEMI 방법은 전자기 유도 장치를 사용하여 폴리도파민(PDA)의 얇은 층으로 코팅된 유리 기판과 밀착된 흑연 판을 빠르게 가열하는 방식으로 작동합니다. 유도 코일이 기판 위로 이동하면 유리가 순간적으로 가열되고 코일의 경로를 따라 표면에 연속적인 그래핀 필름이 형성됩니다. 이 접근법은 진공 챔버에 의해 부과되는 크기 제한 없이 그래핀 필름의 성장을 허용하므로 CVD보다 확장성이 훨씬 뛰어납니다. SEMI 방법을 사용하여 연구원들은 단 400분 만에 400mm × 2mm 그래핀 유리를 생산했는데, 이는 CVD 기술에 비해 크게 향상된 것입니다. 생성된 그래핀 유리는 표면 저항이 500 Ω sq 미만으로 우수한 균일성, 필름 접착성 및 전체 커버리지를 나타냈습니다.-1다른 방법으로 생산된 그래핀에 비해 훨씬 낮은 수준이다. 또한 그래핀 유리는 뛰어난 열 안정성을 보여 최대 1000°C의 온도에서도 안정적인 성능을 유지하며 ITO(인듐 주석 산화물) 및 백금 필름과 같은 다른 투명 전도성 소재의 안정성을 능가합니다. SEMI 방법은 야외에서 고온에서 그래핀을 성장시키는 능력, 균일한 가열 및 냉각을 보장하는 스캐닝 접근 방식, 유연한 기판에 대한 롤투롤 처리와의 호환성 등 CVD에 비해 몇 가지 주요 이점을 제공합니다. SEMI 방법은 진공 챔버와 촉매의 필요성을 제거함으로써 생산 시간과 비용을 크게 줄이면서 거의 모든 크기의 기판에서 그래핀의 성장을 가능하게 합니다. 그래핀 유리의 잠재적 응용 분야는 전자, 에너지 저장, 항공우주, 의학 등 다양한 산업에 걸쳐 광범위합니다. 전자제품 분야에서 그래핀 유리는 터치 스크린, 플렉서블 디스플레이, 태양전지 생산에 혁명을 일으켜 현재 소재에 비해 우수한 투명성, 전도성, 내구성을 제공할 수 있습니다. 에너지 분야에서는 그래핀 유리를 통해 보다 효율적이고 가벼운 배터리 개발이 가능하며, 슈퍼 커패시터. 항공우주 및 자동차 응용 분야의 경우 그래핀 유리를 사용하면 더 강하고 가벼우며 열적으로 안정적인 부품을 만들 수 있습니다. 의학에서 그래핀 유리는 첨단 바이오센서, 약물 전달 시스템, 심지어 인공 장기를 개발하는 데 사용될 수 있습니다. SEMI 방법에 대한 연구가 계속됨에 따라 공정의 추가 최적화 및 확장을 통해 그래핀 필름 생산이 훨씬 더 발전할 것으로 예상됩니다. 석영, 유리-세라믹 및 유리 섬유 질감을 포함한 다양한 유리 기판에 대한 이 기술의 성공적인 시연은 기존 제조 공정과의 통합 가능성과 다양성을 강조합니다. 그러나 SEMI 방법의 잠재력을 완전히 실현하는 데는 여전히 과제가 남아 있습니다. 최상의 그래핀 품질과 균일성을 달성하기 위해 PDA 층의 구성, 온도 및 유도 코일의 속도와 같은 공정 매개변수를 최적화하기 위한 추가 연구가 필요합니다. 또한 SEMI 방식은 확장성이 뛰어나지만 대규모 생산에 필요한 인프라와 공급망을 개발하는 작업은 여전히 필요합니다. 이러한 과제에도 불구하고 SEMI 담금질 방법의 개발은 산업 응용 분야를 위한 대면적 고품질 그래핀 필름 생산에 있어 중요한 도약을 나타냅니다. 야외에서 균일한 그래핀 유리의 초고속 성장을 가능하게 함으로써 이 혁신적인 접근 방식은 기존 CVD 방법의 한계를 극복하고 그래핀 기반 장치의 비용 효율적인 대규모 생산을 위한 길을 열어줍니다. 앞으로 몇 년 동안 연구자들이 이 획기적인 기술을 계속해서 개선하고 최적화함에 따라 우리는 이 물질의 탁월한 특성을 활용하여 광범위한 산업 전반에 걸쳐 혁신적인 응용 프로그램을 만드는 그래핀 기반 기술의 새로운 시대를 볼 것으로 예상할 수 있습니다. SEMI 방법은 그래핀의 잠재력을 최대한 실현하는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다.

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마이클
버거