La trempe au laser augmente la qualité du graphène


La trempe au laser augmente la qualité du graphène

Graphiques avec défauts. Crédit photo : Daria Sokol/Bureau de du MIPT

Des scientifiques russes ont découvert pourquoi l’oxyde de , plutôt que de simplement brûler à des températures élevées, ouvre la porte à un moyen prometteur et peu coûteux de produire du graphène. La recherche a été publiée dans la revue carbone.

Cela fait plus d’une décennie que le prix Nobel de la recherche expérimentale sur le graphène a été décerné, mais les scientifiques n’ont toujours pas trouvé de moyen d’obtenir du graphène de haute qualité à grande échelle qui serait bon marché, efficace et évolutif pour les besoins industriels. La réduction du graphène à partir d’oxyde de graphène par irradiation laser semble être une voie prometteuse : pour l’oxyde de graphène, qui est produit à partir de graphite ordinaire par des méthodes chimiques, la technique de réduction assistée par laser est très prometteuse en termes de coût et de contrôlabilité de la qualité du matériau résultant.

Il y a quelques années, un groupe de chercheurs de Skoltech a découvert que le chauffage de l’oxyde de graphène à 3300-3800 K peut produire du graphène d’assez haute qualité même dans des conditions atmosphériques.

« Le résultat a été une grande surprise pour nos collègues : la température était très élevée, mais ils ont tout de même obtenu un matériau bien structuré. Les matériaux carbonés brûlent facilement dans l’oxygène atmosphérique à 600-800 K ou plus, tandis que dans des expériences à des températures beaucoup plus élevées, le graphène a acquis de bonnes propriétés structurelles », a déclaré Nikita Orekhov, directeur adjoint du laboratoire MIPT des méthodes de superordinateur en physique de la matière condensée. comprendre la raison de cela Pour découvrir l’effet inattendu, nous avons décidé d’étudier le processus de réduction de l’oxyde de graphène à haute température à l’aide de modèles atomistiques de calcul intensif et d’effectuer des investigations supplémentaires en suivant la conception expérimentale de nos collègues.

La trempe au laser augmente la qualité du graphène

a – Les atomes de carbone marqués en rouge aux limites des couches de graphène « s’épuisent » sous les impulsions laser. b – Le recuit a lieu dans les régions centrales des couches de graphène : le graphène s’arrange dans la structure stable correcte. Crédit photo : ND Orekhov et al

Les chercheurs ont découvert que, d’une part, à des températures élevées (T > 3000 K), les atomes d’oxygène de l’environnement gazeux interagissent intensément avec le graphène, l’oxydant et le détruisant. En revanche, aux mêmes températures, un recuit rapide du cristallin s’amorce, ce qui permet d’éliminer les défauts. Pendant le recuit, la structure du réseau se redresse au lieu de s’effondrer.

« Il s’avère que deux processus opposés se déroulent simultanément à différents endroits dans un matériau soumis à des impulsions laser : la combustion ou la destruction a lieu près des défauts et des limites des feuilles de graphène, là où les atomes de carbone sont les plus actifs chimiquement, tandis que le recuit se produit principalement. au milieu de la feuille où les atomes préfèrent se réinstaller dans une configuration stable », a déclaré Stanislav Evlashin, chercheur principal au Skoltech Center for Materials Technologies (CMT).

Les résultats ont mis en lumière le comportement de l’oxyde de graphène à des températures extrêmes, où des expériences simples sont difficilement possibles. Comprendre les processus décrits dans l’article peut aider à faire progresser et à optimiser les méthodes pour obtenir du graphène de haute qualité avec des monocristaux de grande surface.


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Plus d’information:
ND Orekhov et al, Mécanisme de réduction laser à l’oxyde de graphène dans des conditions ambiantes : étude expérimentale et ReaxFF, carbone (2022). DOI : 10.1016/j.carbon.2022.02.018

Stanislav Evlashin et al, Réduction laser contrôlable des films d’oxyde de graphène pour les applications photoélectroniques, Matériaux et interfaces appliqués ACS (2016). DOI : 10.1021/acsami.6b10145

Fourni par l’Institut des sciences et technologies de Skolkovo

citation: La trempe au laser augmente la qualité du graphène (23 2022) Extrait le 23 mars 2022 de https://phys.org/news/2022-03-quenching-laser-graphene-quality.html

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