Ультразвукова дисперсія графену

 

Представляємо:

Ультразвукова дисперсія графену, також відома як ультразвукова ексфоліація графену, використовує метод відновлення оксиду графену в поєднанні з ультразвуковою вібрацією для ефективного збільшення міжшарового інтервалу оксиду графену. Оксид графену з більшим міжшаровим інтервалом не тільки полегшує введення інших молекул, атомів тощо в проміжний шар для формування інтеркальованих композитних матеріалів з оксиду графену, але також легко відшаровується в одношаровий оксид графену, закладаючи основу для подальшої підготовки одношарового графену.

 

 

принцип:

Ультразвукове обладнання для дисперсії графену використовує ефект кавітації ультразвуку для диспергування агломерованих частинок. Він передбачає розміщення необхідної суспензії частинок (рідини) в надсильному звуковому полі та обробку її з відповідною ультразвуковою амплітудою. Під впливом додаткових ефектів, таких як кавітація, висока температура, високий тиск, мікрострумин і сильна вібрація, відстань між молекулами буде продовжувати збільшуватися, що в кінцевому підсумку призведе до молекулярної фрагментації та утворення одномолекулярних структур. Цей продукт особливо ефективний для диспергування наноматеріалів, таких як вуглецеві нанотрубки, графен, кремнезем тощо.

 

 

Мета:

У природі існує велика кількість графітових матеріалів, а графіт товщиною в 1 міліметр містить приблизно 3 мільйони шарів графену. Одношаровий графіт називається графеном, який не існує у вільному стані, а існує у вигляді шаруватих листів графену. Завдяки слабким міжшаровим силам графітових листів їх можна шар за шаром відшаровувати за допомогою зовнішніх сил, у результаті чого утворюється одношаровий графен із товщиною лише одного атома вуглецю.

 

 

Поширені методи дисперсії та їх недоліки:

 

1. Метод мікромеханічного пілінгу

Відклейте листи графену безпосередньо від більших кристалів за допомогою стрічки та повторюйте цей процес постійно.

Тертя між матеріалом і розширеним або дефектним піролітичним графітом призводить до утворення флокулентних кристалів на поверхні масивного графіту, які містять один шар графену.

Недоліки: Графен має низьку врожайність, малу площу, труднощі в точному контролі розміру, низьку ефективність і не може бути виготовлений у великих масштабах.

2. Метод хімічного осадження з газової фази

Процес введення однієї або кількох газоподібних речовин, що містять вуглець (зазвичай органічного газу з низьким вмістом вуглецю), у вакуумний реактор, розкладання та карбонізації вуглецевмісного газу (зазвичай органічного газу з низьким вмістом вуглецю) за допомогою високої температури та вирощування вуглецевого елемента на поверхню підкладки.

Недоліки. Гексагональна стільникова кристалічна структура графену не може бути повністю графітизована, і її якість не така хороша, як у мікрокомп’ютерного методу ексфоліації. Висока вартість і суворі вимоги до обладнання обмежують його широкомасштабне приготування графену, а додавання каталізаторів також знижує чистоту графену.

3. Метод епітаксійного орієнтованого вирощування кристала

Одним із методів є видалення Si шляхом нагрівання монокристала 6H SiC, що забезпечує епітаксійне зростання графену на поверхні кристалів SiC. Графен і шар кремнію вступають у контакт, і на провідність цього графену впливає підкладка; Інший підхід полягає у використанні слідових кількостей вуглецю в металевих монокристалах, і за допомогою високотемпературного відпалу в надвисокому вакуумі вуглецевий елемент всередині металу осідає графен на поверхні металевого монокристала.

Недоліки: товщина графенової плівки нерівномірна, її важко контролювати, а створений графен щільно прилягає до підкладки, що ускладнює її відклеювання, що може вплинути на характеристики графену. У той же час він повинен вирощуватися в надзвичайно суворих умовах ультравакууму та високої температури, з високими вимогами до обладнання, що унеможливлює досягнення великомасштабного та контрольованого виробництва графену.

4. Метод відновлення окисленого графіту

Окислений графен зазвичай отримують окисленням графіту сильною кислотою. Існує три основні методи отримання окисленого графіту: метод Броді, метод Штауденмаєра і метод Хаммерса. Серед них метод Хаммерса вимагає додавання ультразвукової допомоги для дисперсії графену.

Характеристики: Метод Хаммерса для дисперсії графену: метод простий, трудомісткий, має велику технологічну потужність, безпечний і не забруднює навколишнє середовище, і в даний час є найбільш поширеним методом.

 

 

Переваги ультразвукового диспергування графену:

 

Ультразвукова дисперсійна система графену використовує ультразвуковий метод Hummers для отримання оксиду графену, який використовує рідину як середовище та додає до рідини високочастотну ультразвукову вібрацію. Оскільки ультразвук є механічною хвилею, яка не поглинається молекулами, він викликає молекулярну вібрацію під час поширення. Під ефектом кавітації, який включає додаткові ефекти, такі як висока температура, високий тиск, мікрострумин і сильна вібрація, відстань між молекулами збільшується через вібрацію, що в кінцевому підсумку призводить до фрагментації молекул. Це може ефективно збільшити міжшаровий відстань окисленого графіту, і зі збільшенням потужності ультразвуку отриманий міжшаровий відстань окисленого графіту демонструє тенденцію до розширення.

Миттєвий тиск, вивільнений ультразвуком, порушує сили Ван-дер-Ваальса між шарами графену, зменшуючи ймовірність агрегації графену. Велика відстань між шарами оксиду графену не тільки полегшує введення інших молекул, атомів тощо в проміжний шар для формування композиційних матеріалів із інтеркальованим оксидом графену, але також дозволяє легко відшаровувати його в одношаровий оксид графену, закладаючи основу для подальше отримання одношарового графену.