Exfoliere cu dispersie ultrasonică grafen

Introduce:

Dispersia ultrasonică a grafenului, cunoscută și sub denumirea de exfoliere ultrasonică a grafenului, folosește metoda de reducere a grafitului oxidat și o combină cu vibrații ultrasonice pentru a crește eficient distanța intermediară a grafitului oxidat. Grafitul oxidat cu o distanțare mai mare a interviurilor nu este benefic doar pentru alte molecule, atomi, etc., pentru a se insera în intermediar pentru a forma materiale compozite de intercalare a grafitului oxidat, dar, de asemenea, ușor de exfoliat în grafit oxidat cu un singur strat, punând fundamentul pentru prepararea ulterioară a grafenului cu un singur strat.

Principiu:

Echipamentul de dispersie cu ultrasunete utilizează efectul de cavitație al ecografiei pentru a dispersa și a agrega particule. Este de a plasa suspensia de particule (lichid) care trebuie procesată într -un câmp sonor super puternic și să -l trateze cu o amplitudine ultrasonică adecvată. Sub efecte suplimentare, cum ar fi cavitația, temperatura ridicată, presiunea ridicată, microjetul și vibrațiile puternice, distanța dintre molecule va continua să crească, ducând în cele din urmă la fragmentarea moleculară și la formarea structurilor cu o singură moleculă. Acest produs are un efect deosebit de bun asupra dispersării nanomaterialelor, cum ar fi nanotuburi de carbon, grafen, silice etc.

Obiectiv:

Există un număr mare de materiale de grafit în natură, iar grafitul cu o grosime de 1 milimetru conține aproximativ 3 milioane de straturi de grafen. Grafitul cu un singur strat se numește grafen, care nu există în starea sa liberă și există sub formă de foi de grafen stratificate. Datorită forțelor intermediare slabe ale foilor de grafit, stratul prin exfolierea stratului poate fi obținut prin forțe externe, ceea ce duce la grafen cu un singur strat cu o grosime de un singur atom de carbon.

Metode comune de dispersie și dezavantajele acestora:

1.. Metoda de decojire micro mecanică

Utilizați bandă pentru a deconi direct fulgii de grafen din cristale mai mari și repetați acest proces continuu.

Fricțiunea dintre un material și un defect extins sau defect a introdus grafit pirolitic are ca rezultat formarea de cristale ca fulgi pe suprafața grafitului în vrac, care conțin un singur strat de grafen.

Dezavantaje:Grafenul are un randament scăzut de producție, suprafață mică, dificil de controlat cu exactitate dimensiunea, eficiență scăzută și nu poate fi preparată la scară largă.

2. Metoda de depunere a vaporilor chimici

Procesul de introducere a uneia sau a mai multor substanțe gazoase care conțin carbon (de obicei gaz organic cu conținut scăzut de carbon) într-un reactor de vid și descompunerea și carbonizarea carbonului care conține gaz (de obicei gaz organic cu conținut scăzut de carbon) la temperaturi ridicate pentru a crește un element de carbon pe suprafața substratului.

Dezavantaje:Structura cristalină hexagonală de fagure a grafenului nu poate fi complet grafitizată, iar calitatea acesteia nu este la fel de bună ca cea a metodei de exfoliere a microcomputerului. Cerințele cu costuri ridicate și echipamente stricte limitează pregătirea sa pe scară largă a grafenului, iar catalizatorii trebuie să fie adăugați pentru a reduce puritatea grafenului.

3. Metoda de creștere a orientării epitaxiale cristaline

O metodă este eliminarea SI prin încălzirea SiC cu un singur cristal 6H, crescând astfel epitaxial grafen pe suprafața cristalului SIC. Grafenul este în contact cu stratul SI, iar conductivitatea acestui grafen este influențată de substrat; O altă metodă este utilizarea componentei de carbon de urmărire în cristale unice metalice, iar prin recoacere la temperaturi înalte sub vid ultra-înalt, elementul de carbon din metal precipită grafenul pe suprafața cristalului metalic.

Dezavantaje:Grosimea filmului de grafen este inegală și dificil de controlat, iar grafenul generat este strâns aderat la substrat și dificil de decojat, ceea ce va afecta caracteristicile grafenului. În același timp, trebuie să crească în condiții ultra în vid și la temperaturi ridicate, care sunt extrem de solicitante și necesită echipamente ridicate, ceea ce face imposibilă realizarea unei preparate pe scară largă și controlabilă a grafenului.

4. Metoda de reducere a oxidului de grafit

Oxidul de grafen este obținut în general prin oxidarea grafitului cu acid puternic. Există trei metode principale pentru prepararea grafitului oxidat: metoda Brodie, metoda Staudenmaier și metoda Hummers. Printre ele, metoda Hummers necesită adăugarea de asistență cu ultrasunete pentru dispersia grafenului.

Caracteristici:Metoda Hummers pentru dispersia grafenului: Metoda este simplă, consumatoare de timp, are o capacitate mare de procesare, este sigură și fără poluare și este în prezent cea mai frecvent utilizată.

Avantajele dispersiei ultrasonice grafenului:

Sistemul de dispersie cu grafen cu ultrasunete folosește metoda Hummers asistată cu ultrasunete pentru a pregăti grafenul oxidat, care folosește lichidul ca mediu și adaugă vibrații ultrasonice de înaltă frecvență lichidului. Datorită ecografiei este o undă mecanică care nu este absorbită de molecule, aceasta provoacă mișcarea vibrațională a moleculelor în timpul propagațiilor. Sub efectul de cavitație, care se referă la efecte suplimentare, cum ar fi temperatura ridicată, presiunea ridicată, microjetul și vibrațiile puternice, distanța medie între molecule crește din cauza vibrațiilor, ducând în cele din urmă la fragmentare moleculară. Poate crește eficient distanța intermediară a grafitului oxidat, iar odată cu creșterea puterii ultrasonice, distanțarea intermediară a grafitului oxidat obținut tinde să se extindă.

Presiunea eliberată instantaneu de ultrasunete rupe forțele Van der Waals între straturile de grafen, ceea ce face mai puțin probabil ca grafenul să se agregăm împreună. Oxidul de grafen cu o distanță mai mare cu interviuri nu este benefic doar pentru alte molecule, atomi, etc., pentru a se insera în stratul de intermediar pentru a forma materiale compozite de intercalare a oxidului de grafen, dar, de asemenea, ușor de decojit în oxid de grafen cu un singur strat, punând bazele pentru prepararea ulterioară a grafenului cu un singur strat.