NSR：缺陷促进高导电石墨烯薄膜的石墨化

用石墨烯片制造具有非凡导电性和导热性的高度结晶宏观薄膜对于电子、电信和热管理中的应用至关重要。高温石墨化是迄今为止已知的所有类型碳材料结晶的唯一方法，其中随着温度的升高逐渐去除缺陷。然而，当使用氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和原始石墨烯等石墨烯材料作为前驱体时，即使在 3000 °C 下进行长期石墨化，也只能生成晶粒尺寸小、结构紊乱丰富的石墨烯薄膜，这限制了它们的导电性。

在这里，中科院沈阳金属所Wencai Ren发现，高温缺陷在石墨化过程中显著加速了石墨烯薄膜的颗粒生长和有序化，实现了理想的AB堆积，并在2000 ℃到3000 ℃分别将颗粒尺寸、电导率和热导率提高了100倍、64倍和28倍以上。

文章要点

1）这一过程是通过氮掺杂实现的，它延迟了有缺陷的石墨烯的晶格恢复，在高温下保留了石墨烯薄膜中丰富的空位、位错和晶界等缺陷。

2）通过这种方法，制造了一种类似于高取向热解石墨的高度有序的结晶石墨烯薄膜，其导电性和导热性（~2.0 x 10⁴ S cm^-1; ~1.7 x 10³ W m^-1 K^-1）提高了~分别是氧化石墨烯制备的石墨烯薄膜的 6 倍和 2 倍。

3）这种石墨烯薄膜在 10 μm 的厚度下还表现出约 90 dB 的超高电磁干扰屏蔽效能，优于所有同等厚度的合成材料，包括 MXene 薄膜。这项工作不仅为高导电石墨烯薄膜的技术应用铺平了道路，而且为有效改善其他碳材料如石墨烯纤维、碳纳米管纤维、碳纤维、聚合物衍生石墨、和高度定向的热解石墨。

参考文献

Qing Zhang, et al, Defects boost graphitization for highly conductive graphene films, NSR, 2023

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad147