Графен реагирует на тепло, претерпевая различные превращения и реакции, в первую очередь при его синтезе и изменении свойств. Тепло имеет решающее значение при производстве графена с помощью таких процессов, как пиролиз и химическое осаждение из паровой фазы (CVD), а также влияет на структурную целостность и свойства графена.
Синтез графена с помощью тепла
Графен обычно синтезируют путем пиролиза, который включает в себя разложение углеродных материалов при высоких температурах, часто превышающих 1000°C. Для этого процесса требуются металлические подложки-катализаторы, которые снижают температуру реакции и способствуют разложению углеродных прекурсоров до углеродных соединений, образующих графен. Процесс CVD также включает в себя нагрев для разложения прекурсоров углерода на поверхности катализатора, которые затем образуют графеновые слои. Использование катализаторов помогает снизить энергетические барьеры этих реакций, делая их более управляемыми и контролируемыми.Влияние тепла на структуру и свойства графена
Тепло играет важную роль в изменении структуры и свойств графена. Например, графит, исходный материал графена, чувствителен к кислороду и может окисляться при контакте с воздухом при повышенных температурах, начиная с 500 °C. Это окисление может привести к потере массы и структурной целостности со временем. В контролируемой среде графит может выдерживать чрезвычайно высокие температуры, вплоть до 2450°C при низком давлении, что очень важно для его использования в высокотемпературных приложениях.Термообработка также используется для улучшения качества графена путем перегруппировки атомов углерода в более упорядоченные структуры. Этот процесс, известный как графитизация, включает в себя нагрев углеродных материалов до очень высоких температур (до 3000°C) в инертной атмосфере. Такая обработка помогает выровнять графеновые слои и уменьшить количество дефектов, что приводит к улучшению таких свойств, как электропроводность и механическая прочность.
Проблемы и соображения при нагревании графена
