p Em 2012-2013, um colaborador de pesquisa internacional descobriu um fenômeno que pode ser observado através do microscópio óptico durante as transições de estágio em compostos de intercalação de grafite. O líder da equipe, Dr. Ayrat M. Dimiev, levou seis anos de pesquisas adicionais, incluindo experimentos adicionais na Universidade Federal de Kazan, para compreender totalmente as forças motrizes por trás dos fenômenos observados. p Os experimentos foram conduzidos com a participação do Ph.D. pós-graduação Ksenia Shukhina. Um avanço importante veio do uso de mapeamento Raman ultrarrápido da superfície de grafite durante as transições de estágio. O jornal conjunto russo-americano apareceu no The Journal of Physical Chemistry C .

p Os compostos de intercalação de grafite (GICs) são formados pela inserção de certas espécies atômicas e moleculares entre as camadas de grafeno de grafite. Os compostos resultantes possuem uma gama de propriedades únicas, que não são específicos para os materiais originais. Entre as propriedades mais intrigantes do GIC está sua supercondutividade, uma descoberta que despertou muito interesse. Dependendo do potencial eletroquímico do intercalante e da respectiva carga nas camadas de grafeno, grafite forma estruturas onde um, duas ou mais camadas de grafeno são imprensadas entre as duas camadas de intercalante. Os compostos resultantes são referidos como estágio-1, estágio 2, e GICs de estágio 3, respectivamente. Apesar da pesquisa intensiva e duradoura sobre GICs, o mecanismo das transições de palco permanece obscuro.

p Neste estudo, autores usaram microscopia óptica e Raman para realizar diretamente, monitoramento em tempo real das transições de estágio em H ₂ TÃO ₄ -GIC feito de grafite pirolítica altamente orientada (HOPG). Eles observaram que as transições de estágio no GIC baseado em HOPG ocorrem de maneira muito diferente daquelas no GIC feito de grafite em flocos natural. Durante a transição do estágio 2 para o estágio 1, a formação da fase de estágio 2 começa quase simultaneamente em toda a superfície de grafite que é exposta à mídia.

p Isso foi atribuído ao movimento das pequenas porções intercalantes em direção aos pontos de atração, assim crescendo ilhas contínuas. Contudo, durante o processo reverso, a transição do estágio 1 para o estágio 2 começa estritamente nas bordas da amostra de grafite e se propaga em direção ao seu centro. A observação mais surpreendente foi que a frente de desintercalação era descontínua; nomeadamente, os domínios selecionados do tamanho de um micrômetro da superfície de grafite se desintercalam preferencialmente para liberar a deformação que foi induzida pela intercalação. A dinâmica intercalante nas galerias de grafite 2-D, ocorrendo na velocidade de> 240 m / s, tem uma cinética rápida. O processo de intercalação inicial é diferente do resto dos ciclos de reintercalação. A diferença nos mecanismos das transições de estágio em GICs baseados em grafite em flocos naturais e nos GICs baseados em HOPG exemplifica o papel da estrutura de grafite para a dinâmica intercalante em galerias de grafite 2-D.

p As descobertas feitas neste estudo avançam o campo do grafeno e têm várias aplicações potenciais. GICs podem ser considerados como pilhas de grafeno dopado, que pode ser facilmente preparado por reações totalmente reversíveis; o nível de dopagem pode ser facilmente controlado pelas condições de reação. Em segundo lugar, a intercalação enfraquece as forças adesivas entre as camadas adjacentes de grafeno. Assim, Os GICs servem como precursores para a obtenção de grafeno de camada única e nanoplacas de grafeno por esfoliação em fase líquida. Terceiro, Os GICs servem como intermediários importantes e inevitáveis ​​no caminho para a funcionalização covalente do grafeno devido à condição carregada dos átomos de carbono. Finalmente e mais importante, A operação da bateria de íons de lítio é baseada na intercalação-desintercalação cíclica de íons de lítio com grafite. Compreender o mecanismo de transição de estágio ajudará no avanço de todos esses aplicativos.

p O líder da equipe, Ayrat Dimiev, conclui, “As transições de estágio estudadas no H ₂ TÃO ₄ -GICs são acompanhados pela transferência de prótons de e para o ácido sulfúrico intercalado que ocorre pelo mecanismo de Grotthuss, ou seja, é ultrarrápido e "sem atrito". Estamos pensando em verificar se isso é verdade. Se sim, esses sistemas podem ser usados ​​como condutores de prótons nas células de combustível de hidrogênio. Outra direção é o desenvolvimento de um procedimento eficiente e de alto rendimento para a esfoliação da fase líquida de grafite em grafeno monocamada. "