Perawatan Panas-Arus 1 Menit Meningkatkan Konduktivitas Lembar Grafit Difiltrasi hingga 2 Kali Lipat

Abstrak

Kami melaporkan pendekatan untuk memproduksi lembar grafit dengan konduktivitas tinggi berdasarkan perawatan panas-arus pada serpihan graksit eksfoliasi yang difiltrasi. Perawatan ini menggabungkan pemanasan (sekitar 900 °C) dan arus listrik alasi (550 A·cm⁻²) untuk meningkatkan konduktivitas listrik melalui pengurangan defek kristal. Proses ini terbukti hanya membutuhkan waktu perawatan 1 menit, menghasilkan peningkatan konduktivitas listrik sebesar 2,1 kali lipat (dari 1088 ± 72 hingga 2275 ± 50 S·cm⁻¹). Karakterisasi struktural menggunakan spektroskopi Raman dan difraksi X-ray menunjukkan bahwa peningkatan konduktivitas listrik berasal dari peningkatan kristalinitas sebesar 30 kali lipat (rasio G/D Raman meningkat dari 2,8 menjadi 85,3) tanpa transformasi struktural lain yang teramati. Secara signifikan, perawatan ini ditemukan bekerja secara seragam di seluruh permukaan lembar makroskopis (10 mm), menunjukkan potensi untuk pengembangan aplikasi, seperti elektroda untuk generasi dan penyimpanan energi serta pemindahan elektromagnetik, serta potensi pengembangan teknologi perawatan skala besar.

Pendahuluan

Material karbon canggih memiliki kelebihan dibandingkan banyak logam untuk digunakan dalam lembar karena keeflektifan, bobot, dan resistensi lingkungan. Lembar ini (juga disebut film) menggunakan nanotubus karbon atau grafit telah terbukti berguna dalam berbagai aplikasi untuk elektronika fleksibel, sensor, dan pemindahan elektromagnetik [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]. Konduktivitas listrik tinggi adalah bidang lain yang telah diteliti untuk meningkatkan performa dalam aplikasi, seperti komponen pasif radiofrekuensi, gelombang mikro, dan membran [10,11,12]. Beberapa kelompok telah sebelumnya melaporkan pembuatan lembar atau film berbasis grafit dengan konduktivitas listrik yang baik dalam rentang 100–10.000 S·cm⁻¹ menggunakan metode yang bervariasi dari ekfoliasi grafit hingga pirólisis polimer [12,13,14,15,16,17,18,19,20]. Misalnya, Ohnishi et al. mendemonstrasikan pembuatan film grafit secara langsung melalui pirólisis polimer aromatik pada 3000 °C, yang menunjukkan konduktivitas listrik sebesar 10.000 S·cm⁻¹ [21]. Selain itu, Song et al. mendemonstrasikan pembuatan film grafit untuk antena radio frekuensi (RF) fleksibel dengan menggabungkan perawatan suhu tinggi pada precursori polimer dan rolling kompresif, yang menunjukkan konduktivitas listrik sebesar 11.000 S·cm⁻¹ [12]. Berbeda sekali, Behabtu et al. melaporkan pembuatan lembar grafit melalui filtrasi vakum grafena berlapis sedikit dari serbuk grafit eksfoliasi, yang menunjukkan konduktivitas listrik sebesar 1100 S·cm⁻¹ [22]. Selanjutnya, Lotya et al. melaporkan peningkatan konduktivitas listrik tipis grafit eksfoliasi (ketebalan 30 nm) dari 0,35 hingga 15 S·cm⁻¹ dengan melakukan aniling pada lembar eksfoliasi pada 250 °C dalam Argon (Ar)/N₂ selama 2 jam [23]. Wang et al. mendemonstrasikan bahwa konduktivitas listrik membran reduced graphene oxide (RGO) konduktif dan fleksibel luas area meningkat dari 57,3 hingga 5510 S·cm⁻¹ [24]. Contoh-contoh ini menunjukkan bahwa, meskipun pemrosesan berbasis larutan mewakili jalur pembuatan yang lebih mudah daripada pirólisis suhu tinggi polimer aromatik, tingkat konduktivitas listrik yang sama tidak dapat dicapai. Menariknya, seperti yang ditunjukkan oleh beberapa peneliti, khususnya Song et al. [12] dan Lotya et al. [23], proses satu langkah tidak mencukupi untuk menghasilkan lembar yang konduktif listrik tinggi. Ini analog dengan pembuatan serat karbon yang menggunakan beberapa langkah termasuk pemanasan, regangan, dan karbonisasi untuk meminimalkan jumlah defek kristal guna meningkatkan kekuatan tarik dari sekitar 2 hingga sekitar 10 GPa [25].

Diteori oleh pendekatan ini, kami melaporkan pendekatan untuk memproduksi film grafit yang konduktif listrik tinggi melalui ekfoliasi sederhana dan perawatan panas-arus. Menggunakan lembar grafit yang dibuat dengan filtrasi vakum, perawatan melibatkan pemanasan bersamaan dalam suasana gas netral digabungkan dengan arus listrik alasi. Membutuhkan hanya waktu perawatan 1 menit, peningkatan konduktivitas listrik dua kali lipat hingga 2275 ± 50 S·cm⁻¹ dapat dicapai. Analisis struktural pada lembar graksit yang diobati menunjukkan peningkatan kristalinitas 30 kali lipat (seperti yang ditentukan oleh spektroskopi Raman) yang berkaitan baik dengan peningkatan konduktivitas yang diamati.

Metode/Eksperimen

Ekfoliasi Grafit dan Persiapan Lembar

Lembar grafit disiapkan melalui filtrasi dispersi serbuk grafit eksfoliasi. Serbuk grafit yang tersedia secara komersial dan telah difurnir (ACB-100) dibeli dari Nippon Graphite Industries, Co., Ltd., yang terdiri dari partikel berukuran sekitar 80 μm dengan ketebalan 500–1000 nm. Dua miligram serbuk grafit ini dicampur dengan 50 mg asam dodekil benzene sulfona (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) sebagai dispersan dalam 10 ml hydro-fluoroeter (C₄F₉OC₂H₅, Novec 7200 pada 3,0 M, tegangan permukaan; 13,6 mN·m⁻¹). Ekfoliasi dilakukan dengan ball-milling (Verder Scientific Co., Ltd.) menggunakan bantalan baja untuk 30 menit pada 10 Hz. Setelah ekfoliasi ball-mill, ukuran dan ketebalan flake grafit dikurangi menjadi sekitar 500 nm dan 45 nm, masing-masing, sesuai mikroskopi gaya atom (AFM) (lihat gambar tambahan 1a). Oleh karena itu, rata-rata, flake yang terdistribusi mengandung sekitar 130 graksit. Dispersi difiltrasi vakum untuk membentuk lembar bebas mandiri. Setelah filtrai, lembar grafit eksfoliasi memiliki ketebalan antara 27 hingga 48 μm (rata-rata 35 μm) yang dikarakterisasi oleh pengukur ketebalan (Dektak XT, Bruker). Gambar SEM, spektrum Raman, dan spektrum XPS dari lembar grafit eksfoliasi ini ditampilkan dalam gambar tambahan 1b-d. Lembar ini dicuci dengan air destilasi untuk menghilangkan sisa kimia dan kemudian dikeringkan pada 100 °C di udara selama 24 jam [26]. Akhirnya, lembar ini ditekan secara uniaksial (sekitar 0,5 MPa) untuk meningkatkan densitas pengemasan dan konduktivitas listrik (Gambar 1b).

Peralatan dan Proses Teknik Panas dan Arus

Secara umum, peralatan pemrosesan untuk pemanasan dan arus bersamaan terdiri dari tiga bagian: (1) kamera yang cocok untuk tekanan vakum rendah hingga atmosfer untuk mengontrol suasana, (2) sistem pemanasan induksi frekuensi tinggi (hingga 2000 °C), dan (3) elektroda lingkaran berseberangan (10 mm diameter) yang terdiri dari grafit isotropis untuk menerapkan arus tinggi (maksimum 266 A pada 120 V, atau sekitar 850 A·cm⁻² DC). Sistem ini dijelaskan secara detail dalam laporan sebelumnya [27, 28]. Dalam serangkaian eksperimen ini, suasana Ar digunakan.

Penting dalam pemeriksaan saat ini adalah desain permukaan kontak elektroda co-planar berseberangan untuk menampatkan aliran arus alas dan melalui-sikap (Gambar 1c). Untuk konfigurasi arus melalui-sikap, lembar disandwih di antara dua permukaan elektroda berseberangan seperti diilustrasikan dalam Gambar 1c. Untuk konfigurasi arus alasi, seperti diilustrasikan dalam gambar tambahan 2, elektroda yang disiapkan secara khusus dengan reses persegi panjang untuk memungkinkan penyisipan papan zirconia yang isolasi listrik. Dengan cara ini, lembar disandwih di antara dua kontak khusus, tetapi aliran arus melewati bidang sampel. Untuk mengonfirmasi stabilitas dan reproduktibilitas perawatan, setiap eksperimen dilakukan lima kali, dan nilai rata-rata serta deviasi standar dilaporkan. Kami ingin menyebutkan bahwa perawatan ini bukan proses CVD in situ karena precursori sumber tidak diperkenalkan untuk memulai pertumbuhan. Proses ini hanya menyediakan energi, melalui kombinasi panas dan arus listrik, untuk memindahkan penyembuhan defek pada lembar graksit.

Waktu perawatan standar dipilih menjadi 1 menit karena hasil kami mengenai efek waktu perawatan menunjukkan bahwa hanya peningkatan nominal yang diamati untuk waktu 30 detik, dan untuk lebih dari 1,5 menit, kerusakan pada struktur graksit diamati. Kerusakan tersebut terbukti oleh penurunan rasio G/D seperti ditunjukkan dalam Gambar Tambahan 3a. Menggunakan waktu perawatan 1 menit, suhu perawatan standar ditentukan dengan mengkaji ketergantungan suhu pada konduktivitas listrik dalam rentang 800 hingga 1000 °C (Gambar Tambahan 3b).

Karakterisasi

Resistensi permukaan film grafit eksfoliasi dilakukan menggunakan penguji pengukuran listrik empat titik (Loresta GP MCP-T610, Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.).

Karakterisasi struktural diperiksa dengan difraksi X-ray (XRD) Cu Kα (λ = 0,15418 nm, MiniFlex II, Rigaku Corporation). Jarak antar lapis diperkirakan menggunakan formulasi difraksi Bragg (1);

$$ \lambda = 2 d \cdot \sin \theta $$ (1)

di mana d adalah jarak antar lapis (jarak antar lapis teoritis grafit adalah 0,335 nm).

Rasio intensitas graksit terhadap kekacauan (rasio G/D) dari film grafit eksfoliasi sebelum dan setelah perawatan panas dan arus diperiksa menggunakan Spektrometer Raman (XploRA, HORIBA, Ltd.) pada panjang gelombang eksitasi 532 nm (luas pemetaan 100 μm). Setelah koreksi dasar dari spektrum Raman yang diperoleh, setiap intensitas puncak dari 1300 hingga 1400 cm⁻¹ (D-band) dan 1580 hingga 1620 cm⁻¹ (G-band) diukur. Selain itu, lokasi dan intensitas puncak 2D diamati relatif terhadap G-band. Untuk menyediakan pemetaan yang keseluruhan dan akurat dari lembar, pengukuran Raman dilakukan pada 10 posisi yang tersebar di seluruh film grafit, dan setiap intensitas band rasio G/D Raman dihitung serta dirata-ratakan. Kondisi pengukuran rinci adalah sebagai berikut: Spektroskopi: detektor tipe Czerny Turner dengan panjang fokus 200 mm, resolusi (lebar celah 100 μm): 2–15 cm⁻¹, dan output laser 20–25 mW.

Hasil dan Pembahasan

Kami memulai proses dua langkah kami dengan mengkarakterisasi konduktivitas listrik lembar grafit difiltrasi vakum. Seperti yang dijelaskan dalam bagian "Metode/Eksperimen", konduktivitas listrik lembar tebal sekitar 35 μm (rata-rata) dilakukan menggunakan perangkat pengukuran resistivitas listrik empat titik. Rata-rata konduktivitas listrik ditemukan sebesar 1088 ± 72 S·cm⁻¹ yang cocok dengan lembar grafit dan graksit difiltrasi lainnya.

Lembar ini kemudian diobati dengan perawatan panas-arus untuk meningkatkan konduktivitas listrik. Hasil kami menunjukkan kebutuhan dan keuntungan dari pemanasan bersamaan dan aliran arus alasi pada peningkatan properti lembar grafit. Kami menerapkan perawatan gabungan aliran arus dan pemanasan seperti yang sebelumnya dilaporkan untuk nanotubus karbon dinding tunggal (SWCNTs) [27, 28]. Menggunakan suhu pemanasan 900 °C, kami menyelidiki ketergantungan konduktivitas listrik lembar yang diobati sebagai fungsi dari densitas arus alasi yang diterapkan. Untuk setiap titik, suhu dinaikkan ke 900 °C, dan arus alasi (0 hingga 850 A·cm⁻²) dilewatkan selama 1 menit. Konduktivitas listrik setiap lembar diukur dan diplotkan (Gambar 2b). Plot konduktivitas listrik lembar terhadap densitas arus yang diterapkan menunjukkan peningkatan tajam dari nilai asli (1088 ± 72 S·cm⁻¹) hingga 2250 ± 50 S·cm⁻¹ pada 550 A·cm⁻², diikuti oleh penurunan pada densitas arus yang lebih tinggi (850 A·cm⁻²) (Gambar 2b). Berdasarkan penurunan rasio G/D Raman (85,3 ± 5,7 pada 550 A·cm⁻² hingga 10,7 ± 1,0 pada 850 A·cm⁻²), kami menduga bahwa penurunan konduktivitas listrik yang diamati pada densitas arus di luar sekitar 550 A·cm⁻² adalah akibat degradasi struktural melalui mekanisme, seperti elektromigrasi. Berdasarkan hasil ini, kondisi perawatan optimum untuk suasana gas Ar ditentukan pada 550 A·cm⁻² pada 900 °C. Hasil ini menunjukkan efektivitas dan keuntungan dari penggunaan bersamaan panas dan aliran arus.

Untuk memverifikasi pentingnya perawatan gabungan pemanasan dan arus listrik alasi, kami melakukan beberapa eksperimen kontrol menggunakan (1) perawatan pemanasan saja, (2) perawatan arus saja, dan (3) gabungan pemanasan dan aliran arus melalui-sikap. Singkatnya, tidak ada kondisi proses lain yang menunjukkan tingkat peningkatan konduktivitas listrik yang setara seperti yang dijelaskan di atas. Pertama, perawatan pemanasan saja dilakukan pada 900 dan 1500 °C dalam suasana Ar selama 5 jam. Serupa dengan hasil yang diamati untuk CNT, pemanasan saja menunjukkan peningkatan yang teramati pada suhu 1500 °C atau di atasnya [29]. Seperti yang diringkas dalam Gambar 2a (hijau), perawatan pada 900 °C menghasilkan peningkatan nominal dalam konduktivitas listrik (1215 ± 70 S·cm⁻¹), dan perawatan pada 1500 °C menghasilkan peningkatan yang lebih signifikan hingga sekitar 1812 ± 79 S·cm⁻¹. Selain itu, dalam kedua kasus, kami mengamati penurunan bobot (sekitar 3%) sedikit, yang kemungkinan disebabkan oleh penghapusan, mungkin degaas, sisa kimia yang tersisa dari proses ekfoliasi. Hasil ini menunjukkan bahwa pemanasan sendirian dapat efektif dalam meningkatkan konduktivitas listrik lembar grafit, tetapi membutuhkan suhu yang melebihi 1500 °C dan membutuhkan waktu perawatan berjam-jam.

Kedua, kami memeriksa efek perawatan arus saja. Dalam tes ini, arus listrik dialirkan alasi untuk beberapa sampel yang bervariasi dari 175 hingga 850 A·cm⁻² untuk waktu perawatan 1 menit. Setelah perawatan, lembar tidak menunjukkan peningkatan yang terlihat dalam konduktivitas listrik (bar biru dalam Gambar 2a, segitiga dalam Gambar 2b). Hasil ini menunjukkan ketidakefektifan perawatan arus saja. Kami menduga bahwa pemanasan ohmik yang disebabkan oleh arus tidak cukup untuk menginduksi perubahan signifikan pada kristalinitas dan konduktivitas listrik lembar.

Ketiga, untuk mendemonstrasikan pentingnya arah aliran arus (melalui-sikap versus alasi) dalam proses gabungan panas dan arus, aliran arus dilewatkan melalui-sikap pada serangkaian lembar grafit menggunakan elektroda tanpa papan alumina isolasi seperti yang dijelaskan dalam bagian "Metode/Eksperimen". Lembar grafit diobati dengan densitas arus yang bervariasi dari 175 hingga 850 A·cm⁻², dan konduktivitas listrik diukur serta diplotkan sebagai fungsi dari arus yang diterapkan (Gambar 2b). Dari plot ini, kami membuat beberapa pengamatan. Satu, efek pada konduktivitas listrik segera terjadi dengan arus yang diterapkan relatif rendah. Dengan densitas arus yang diterapkan paling rendah (150 A·cm⁻²), konduktivitas listrik lembar grafit meningkat sekitar 70%. Kedua, peningkatan lebih lanjut dalam arus yang diterapkan tidak menghasilkan peningkatan lebih lanjut. Ketiga, tingkat peningkatan konduktivitas listrik (sekitar 1812 ± 79 S·cm⁻¹) setara dengan hasil pemeriksaan pemanasan saja, tetapi berkontras, hanya membutuhkan waktu perawatan 1 menit.

Secara keseluruhan, hasil ini menunjukkan efek sinergis dari perawatan gabungan pemanasan dan arus. Penerapan perawatan 1 menit pada 900 °C pemanasan digabungkan dengan arus melalui-sikap meningkatkan tingkat konduktivitas listrik yang serupa dengan pemawatan pemanasan saja (1500 °C, 5 jam). Namun, peningkatan tambahan tidak diamati dengan peningkatan arus yang diterapkan, yang menunjukkan bahwa dalam kondisi pemanasan dan arus melalui-sikap, energi yang disediakan tidak cukup untuk menginduksi perubahan lebih lanjut pada struktur graksit. Kami menduga bahwa aliran arus melalui-sikap menginduksi pemanasan ohmik yang pada dasarnya mengurangi pengaturan ini setara dengan perawatan pemanasan saja. Selain itu, ketergantungan lemah konduktivitas listrik pada arus yang diterapkan menunjukkan bahwa mekanisme yang mendorong peningkatan bukan hanya proses termal (Gambar 2b). Kemungkinan tetap bahwa waktu perawatan terlalu singkat meskipun suhu telah meningkat. Hipotesis ini akan menjelaskan ketergantungan lemah yang diamati pada arus yang diterapkan. Oleh karena itu, hasil ini menunjukkan pentingnya menggabungkan pemanasan dengan aliran arus alasi untuk mencapai proses perawatan yang efektif dan efisien dalam meningkatkan konduktivitas listrik lembar grafit yang difiltrasi.

Karena perawatan kami bertindak pada susunan makroskopis serpihan grafit yang difiltrasi menjadi lembar 10 mm × 10 mm, homogenitas dalam peningkatan sangat penting. Laporan sebelumnya menggunakan arus DC/AC dan perawatan plasma telah menunjukkan kesulitan dalam memproses seluruh permukaan secara seragam [30]. Variasi perawatan yang besar adalah hambatan dalam pengembangan skala masa depan serta pengembangan aplikasi. Untuk mengatasi hal ini, keseragaman konduktivitas listrik dievaluasi pada 0, ± 1,0, ± 3,0, dan ± 5,0 mm dari pusat lembar grafit yang diobati (φ10 mm). Seperti yang terlihat dalam Gambar 3c, rata-rata konduktivitas listrik sekitar 2275 ± 50 S·cm⁻¹ dengan variansi hanya 1,5% (x, sekitar 0,7 %; y, sekitar 1,5%). Hasil ini menunjukkan bahwa perawatan panas dan arus bertindak pada seluruh lembar grafit dengan sangat seragam dan menunjukkan kemungkinan upaya skala di masa depan.

Untuk mencoba menjelaskan asal peningkatan konduktivitas listrik, karakterisasi struktural lembar sebelum dan setelah perawatan dilakukan. Karakterisasi kristalinitas dilakukan menggunakan spektroskopi Makro-Raman yang diambil di seluruh permukaan lembar grafit seperti yang dijelaskan dalam bagian "Metode/Eksperimen". Secara keseluruhan, spektrum untuk film grafit sebelum dan setelah perawatan menunjukkan ciri khas grafit: puncak graksit yang tajam, puncak kekacauan, dan puncak 2D. Rasio G/D Raman dari lembar yang diobati panas dan arus meningkat lebih dari 30 kali lipat menjadi sekitar 85,3 ± 5,74 dari lembar asli (rasio G/D sekitar 2,8 ± 0,55). Laporan sebelumnya oleh Jin et al. melaporkan bahwa defek dalam SWCNTs bermigrasi melalui aliran arus sepanjang nanotubus [31]. Seperti itu, kami berhipotesis bahwa perawatan menginduksi migrasi defek ke tepi domain grafit. Ini mungkin menjelaskan kebutuhan akan aliran arus alasi. Untuk perbandingan, lembar yang diobati dengan pemanasan saja pada suhu 1500 °C menunjukkan peningkatan rasio G/D sebesar 9,5 kali lipat (sekitar 26,5 ± 2,38) (Gambar 3a). Rasio G/D dari lembar yang diobati dengan perawatan arus saja ditemukan sebesar 2,7 ± 1,96 yang bervariasi dari 175 hingga 850 A·cm⁻², yang menunjukkan tidak ada peningkatan dari densitas arus yang diterapkan (tidak menampilkan spektrum ini) serupa dengan konduktivitas listrik dalam Gambar 2b. Hasil ini menunjukkan bahwa peningkatan kristalinitas berkaitan baik dengan peningkatan konduktivitas listrik. Puncak 2D diamati untuk semua sampel pada sekitar 2700 cm⁻¹ sebelum dan setelah proses panas dan arus. Kesamaan posisi puncak menunjukkan bahwa jumlah lapis tidak berubah secara jelas oleh proses panas dan arus [32].

Karakterisasi struktural dengan difraksi X-ray (XRD) dilakukan pada lembar yang tidak diobati dan yang diobati panas dan arus (Cu Kα: λ = 0,15418 nm, MiniFlex II, Rigaku Corporation). Pengamatan refleksi (002) pada 2θ = 26,5° tidak menunjukkan perubahan yang jelas pada posisi refleksi dan bentuk profil sebagai hasil dari perawatan (Gambar 3b). Ini berarti bahwa jarak antar lapis dari lembar yang diobati dan yang tidak diobati, yang diperkirakan sekitar 0,335 nm, tidak terpengaruh oleh perawatan. Selain itu, lebar paruh maksimum (FWHM) dari refleksi (002), yang terkait dengan jarak antar lapis, juga tidak terpengaruh pada sekitar 0,16°. Hasil ini menunjukkan bahwa peningkatan konduktivitas listrik yang diamati tidak berasal dari peningkatan jarak antar lapis dari serpihan individu. Secara keseluruhan, hasil Raman dan XRD menunjukkan bahwa peningkatan kristalinitas, serta fitur struktural terkait, seperti persambungan antar serpihan atau penggabungan domain yang berdekatan, tampak menjadi asal utama dari peningkatan konduktivitas listrik yang diamati. Upaya kami untuk mengamati fenomena ini secara mikroskopis tidak berhasil.

Kami ingin memberikan komentar mengenai keterbatasan dan kemungkinan skala dari proses ini. Meskipun perawatan ini menunjukkan potensi dalam peningkatan properti yang efektif dan efisien pada lembar grafit, kami menyadari kebutuhan akan sumber daya daya tinggi serta suhu perawatan yang relatif tinggi (sekitar 900 °C) untuk tetap efisien waktu. Berdasarkan pekerjaan kami sebelumnya mengenai perawatan nanotubus karbon dinding tunggal, suhu perawatan dapat dikurangi dengan peningkatan arus perawatan yang terkait [29]. Oleh karena itu, satu pendekatan yang mungkin untuk mengurangi suhu ke sekitar 800 °C adalah dengan meningkatkan arus yang diterapkan sekitar 20%. Selain itu, studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa proses ini secara fundamental dapat diskalakan dengan merawat beberapa lembar secara bersamaan dan mendapatkan hasil yang serupa. Mengingat proses ini dapat secara efisien meningkatkan konduktivitas listrik (dari 1088 ± 72 hingga 2275 ± 50 S·cm⁻¹) dari grafit eksfoliasi hanya dalam 1 menit, kami membayangkan bahwa teknik ini seharusnya cocok untuk proses roll-to-roll untuk memungkinkan perawatan berkelanjutan dan skala besar pada lembar grafit. Oleh karena itu, pekerjaan ini dapat memiliki implikasi yang signifikan dalam peningkatan film grafit makroskopis yang sangat konduktif untuk bahan elektroda untuk nanokomposit dengan konduktivitas listrik, pemindahan elektromagnetik, dan perangkat fotonik.

Kesimpulan

Simpulan, kami telah mendemonstrasikan pendekatan untuk memproduksi lembar grafit yang sangat konduktif yang terdiri dari lembar grafit eksfoliasi dan perawatan yang terdiri dari pemanasan gabungan dan aliran arus listrik alasi. Perawatan ini ditemukan krusial dalam meningkatkan konduktivitas listrik lembar grafit eksfoliasi 2,1 kali lipat dari 1088 ± 72 hingga 2275 ± 50 S·cm⁻¹. Kami menyadari bahwa tingkat konduktivitas listrik kami masih sekitar 20% dari yang dilaporkan oleh Song et al. (11.000 S·cm⁻¹, 5–8 jam) [14], tetapi berkontras, pendekatan ini hanya membutuhkan waktu perawatan 1 menit. Selanjutnya, pendekatan kami secara seragam merawat seluruh lembar 10 mm dalam variansi 1,5%, yang memiliki implikasi signifikan baik untuk aplikasi materi ini maupun kemungkinan skala.

Ketersediaan Data dan Bahan

Semua data sepenuhnya tersedia tanpa pembatasan.

Singkatan

CVD:

Deposisi uap kimia

N₂:

Nitrogen

Ar:

Argon

XRD:

Difraksi X-ray

DC:

Arus searah

AC:

Arus bolak-balik

FWHM:

Lebar paruh maksimum

AFM:

Mikroskop gaya atom