Des scientifiques synthétisent des films de graphène 3D à l’aide d’un faisceau d’électrons à haute énergie


Des scientifiques synthétisent des films de graphène 3D à l'aide d'un faisceau d'électrons à haute énergie

(a) Un diagramme schématique du processus de bombardement par faisceau d’électrons pour induire du graphène sur du polyimide ; (b) SEM du GIE ; (c) Spectres Raman (en haut) et spectres XRD (en bas) du film EIG et polyimide. (d) les courbes CV à différentes fréquences d’échantillonnage de l’électrode EIG ; (e) Les diagrammes GCD à différentes densités de courant de l’électrode EIG ; (f) Performances photothermiques des matériaux EIG à -40°C. Crédit photo : Li Nian

Récemment, le groupe de recherche du professeur Wang Zhenyang des Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a produit des de graphène poreux macroscopiques épais en trois dimensions (3D).

En utilisant un faisceau d’électrons à haute énergie comme source d’énergie et en tirant parti de l’énergie cinétique élevée et des propriétés de faible réflexion du faisceau d’électrons, les chercheurs ont induit des précurseurs de polyimide directement dans un film de cristal de graphène 3D poreux jusqu’à 0,66 mm d’épaisseur. Des recherches connexes ont été publiées dans la revue carbone.

Le graphène est devenu un nouveau matériau stratégique en raison de ses nombreuses propriétés chimiques et physiques exceptionnelles. L’intégration d’un réseau de graphes poreux dimensionnel (3D) peut empêcher l’empilement des couches de graphène et permet un accès et une diffusion faciles des ions. Cependant, la synthèse efficace de films de graphène poreux épais 3D macroscopiques reste un défi.

L’énergie instantanée élevée d’un laser peut induire la carbonisation directe de la matrice carbonée pour former du graphène de haute qualité cristalline. Cependant, la profondeur de pénétration du laser dans la matrice carbonée est assez faible, ce qui entraîne une épaisseur insuffisante du film de graphène produit, ce qui limite son application dans les dispositifs réels. Par conséquent, la recherche d’une source d’énergie plus efficace est un problème clé qui doit être résolu de toute urgence pour l’application industrielle du graphène induit par faisceau de haute énergie.

Dans cette recherche, les chercheurs ont utilisé un faisceau d’électrons à haute énergie comme nouvelle source d’énergie pour réaliser une production efficace de films de cristal de graphène poreux 3D épais et macroscopiques sur le précurseur de polyimide.

Par rapport aux lasers, les faisceaux d’électrons à haute énergie présentent de nombreux avantages, notamment une réflexion nulle, une énergie cinétique élevée, un effet d’injection et un contrôle facile de la mise au point, ce qui fait du faisceau d’électrons une meilleure source d’énergie pour induire rapidement la carbonisation des précurseurs polyimides pour produire du graphène.

L’hydrogène, l’oxygène et certains autres composants du polyimide peuvent s’échapper rapidement sous forme de gaz, ce qui entraîne une structure de pores 3D abondante de graphène.

Cette étude montre que l’épaisseur du film de graphène induit par faisceau d’électrons (EIG) peut atteindre 0,66 mm et que le taux de synthèse est de 84 cm. s’élève à2/ min, ce qui est nettement plus important qu’avec un laser. De plus, EIG a été appliqué avec succès au domaine des électrodes de supercondensateurs, qui ont une excellente capacité de stockage électrochimique.

Avec des performances photothermiques exceptionnelles, EIG peut également être utilisé dans le domaine du dégivrage et du dégivrage photothermiques solaires. Les températures peuvent atteindre -40°C, ce qui est considéré comme ultra-bas.


Électrodes en graphène pour des supercondensateurs plus puissants


Plus d’information:
Shuai Han et al., Synthèse directe par faisceau d’électrons de films de graphène poreux épais 3D macroscopiques, carbone (2021). DOI : 10.1016 / j.carbon.2021.06.035

Fourni par l’Académie chinoise des sciences

Citation: Des scientifiques des films de graphène 3D à l’aide d’un faisceau d’électrons à haute énergie (2021, 6 juillet), récupéré le 6 juillet 2021 sur https://phys.org/news/2021-07-scientists-3d-graphene-high-energy-e- faisceau.html

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