Сверхзвуковое напыление позволяет получить высококачественное графеновове покрытие без постобработки

в 18:28, , рубрики: графен, Железо, оксид графена, физика, метки: ,

Уникальные свойства графена — его электро- и теплопроводность, а также механическая прочность — делают его очень перспективным материалом для создания разнообразных плёнок и покрытий. Два основных подхода к созданию таких покрытий, существующие сегодня — это выращивание кристаллов графена путём осаждения атомов углерода из содержащих углерод газов на подложку и нанесение на поверхность суспензии, содержащей чешуйки графена размером до нескольких микрометров. Первый способ позволяет получить идеальные монокристаллы, однако требует высоких температур, идеально чистых ингредиентов, специальных подложек. Он применим прежде всего в микроэлектронике, для создания графеновых электронных компонентов.

Второй способ — гораздо более неприхотлив, но вместо монокристаллического графена на поверхности образуется слой из множества перекрывающихся чешуек графена с далёкой от идеальной структурой — для многих применений достаточно и этого. Для улучшения качества такого покрытия используются разные способы — отжиг, плазменная или химическая обработка. Учёные из Иллинойсского университета в Чикаго совместно с коллегами из Южной Кореи разработали простой и хорошо масштабируемый вариант второго способа получения графенового покрытия без какой-либо постобработки.

Сверхзвуковое напыление позволяет получить высококачественное графеновове покрытие без постобработки
Стеклянная пластинка с графеновым напылением и её поверхность под электронным микроскопом

Их метод заключается в том, что суспензия, содержащая чешуйки оксида графена, напыляется на изделие с помощью сопла Лаваля. Этот вид сопла широко используется в ракетных и реактивных двигателях и позволяет достичь сверхзвуковых скоросетй потока газа. Благодаря этому суспензия распыляется на мельчайшие капельки, позволяя разделить отдельные чешуйки и нанести их очень равномерно. При дозвуковых скоростях чешуйки часто попадают на поверхность в виде слипшихся комков. Кроме того, мельчайшие капельки, обдуваемые сверхзвуковым потоком газа, практически мгновенно высыхают.

Ещё одно преимущество — кинетическая энергия, с которой графен ударяется о поверхность изделия, оказывается достаточной, чтобы чешуйки не просто прилипли к ней, но и разгладились, «залечив» при этом многие структурные дефекты. Графен при сверхзвуковых скоростях приобретает определённую эластичность, растягивается, и атомы углерода в местах дефектов занимают правильное положение, формируя идеальную шестиугольную решётку.

Сверхзвуковое напыление позволяет получить высококачественное графеновове покрытие без постобработки
Растягивание благодаря кинетической энергии сверхзвукового потока исправляет дефекты графена

Этот метод очень прост и хорошо масштабируется. Варьируя концентрацию суспензии оксида графена, давление и скорость потока газа, можно легко управлять толщиной и качеством покрытия. Отсутствие необходимости в обработке покрытия расширяет круг материалов, которые можно покрыть графеновым напылением — можно широко использовать полимеры и пластики, которые не выдержали бы постобработки плазмой или высокими температурами.

Автор: ilya42

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля