Dispersjoni ultrasonika tal-Graphene

 

Introduċi:

Dispersjoni ultrasonika tal-grafin, magħrufa wkoll bħala tqaxxir ultrasoniku tal-grafin, tuża l-metodu ta 'tnaqqis tal-ossidu tal-grafene, flimkien ma' vibrazzjoni ultrasonika, biex iżid b'mod effettiv l-ispazjar bejn is-saffi tal-ossidu tal-grafin. L-ossidu tal-grafene bi spazjar akbar bejn is-saffi mhux biss jiffaċilita l-inserzjoni ta 'molekuli oħra, atomi, eċċ fis-saff ta' bejn is-saff biex jiffurmaw materjali komposti intercalati ta 'ossidu tal-graffen, iżda huwa wkoll faċli biex jitqaxxar f'ossidu tal-grafene b'saff wieħed, li jistabbilixxi pedament għal aktar preparazzjoni ta’ grafen b’saff wieħed.

 

 

Prinċipju:

It-tagħmir ta 'dispersjoni tal-grafene ultrasoniku juża l-effett tal-kavitazzjoni tal-ultrasound biex ixerred partiċelli agglomerati. Dan jinvolvi t-tqegħid tas-sospensjoni tal-partiċelli meħtieġa (likwidu) f'kamp tal-ħoss ultra qawwi u l-ipproċessar tagħha b'amplitudni ultrasonika xierqa. Taħt effetti addizzjonali bħal cavitation, temperatura għolja, pressjoni għolja, mikro ġett, u vibrazzjoni qawwija, id-distanza bejn il-molekuli se tkompli tiżdied, li fl-aħħar twassal għal frammentazzjoni molekulari u l-formazzjoni ta 'strutturi ta' molekula waħda. Dan il-prodott huwa partikolarment effettiv biex ixerred nanomaterjali bħal nanotubi tal-karbonju, grafen, silika, eċċ.

 

 

Għan:

Hemm numru kbir ta 'materjali tal-grafita fin-natura, u l-grafita bi ħxuna ta' 1 millimetru fiha madwar 3 miljun saff ta 'grafita. Il-grafita b'saff wieħed tissejjaħ graphene, li ma teżistix fl-istat ħieles tagħha u teżisti fil-forma ta 'folji ta' graphene f'saffi. Minħabba l-forzi dgħajfa ta 'saff ta' bejn is-saffi tal-folji tal-grafita, jistgħu jitqaxxru saff b'saff permezz ta 'forzi esterni, li jirriżulta fi graphene b'saff wieħed bi ħxuna waħda biss ta' atomu tal-karbonju.

 

 

Metodi ta' dispersjoni komuni u l-iżvantaġġi tagħhom:

 

1. Metodu ta 'tqaxxir mikro mekkaniku

Qaxxar il-folji tal-graffen direttament minn kristalli akbar billi tuża tejp u rrepeti dan il-proċess kontinwament.

Il-frizzjoni bejn materjal u grafita pirolitika estiża jew difettuża tirriżulta fil-formazzjoni ta 'kristalli flocculent fuq il-wiċċ tal-grafita bl-ingrossa, li fihom saff wieħed ta' graphene.

Żvantaġġi: Graphene għandu rendiment baxx, żona żgħira, diffikultà biex jikkontrolla b'mod preċiż id-daqs, effiċjenza baxxa, u ma jistax jiġi ppreparat fuq skala kbira.

2. Metodu ta 'depożizzjoni tal-fwar kimiku

Il-proċess ta 'introduzzjoni ta' sustanza gassuża waħda jew aktar li fihom il-karbonju (ġeneralment gass organiku b'karbonju baxx) f'reattur tal-vakwu, jiddekomponi u karbonizzar il-gass li fih il-karbonju (ġeneralment gass organiku b'karbonju baxx) permezz ta 'temperatura għolja, u jikber element tal-karbonju fuq il- wiċċ tas-sottostrat.

Żvantaġġi: L-istruttura eżagonali tal-kristall tax-xehda tal-grafene ma tistax tiġi grafitizzata għal kollox, u l-kwalità tagħha mhix tajba daqs dik tal-metodu ta 'tqaxxir tal-mikrokompjuter. L-ispiża għolja u r-rekwiżiti stretti tat-tagħmir jillimitaw il-preparazzjoni fuq skala kbira tiegħu tal-grafin, u ż-żieda ta 'katalizzaturi tnaqqas ukoll il-purità tal-grafin.

3. Metodu ta 'tkabbir orjentat lejn l-epitassjali tal-kristall

Metodu wieħed huwa li jitneħħa Si billi ssaħħan kristall wieħed 6H SiC, u b'hekk tkabbir epitassjali tal-grafin fuq il-wiċċ tal-kristalli SiC. Graphene u saff Si jiġu f'kuntatt, u l-konduttività ta 'dan graphene hija affettwata mis-sottostrat; Approċċ ieħor huwa li jiġu utilizzati traċċi ta 'karbonju fi kristalli singoli tal-metall, u permezz ta' ittemprar f'temperatura għolja taħt vakwu ultra-għoli, l-element tal-karbonju ġewwa l-metall jippreċipita graphene fuq il-wiċċ tal-kristall wieħed tal-metall.

Żvantaġġi: Il-ħxuna tal-film tal-graffen hija irregolari, diffiċli biex tikkontrolla, u l-grafene iġġenerat huwa mwaħħal sewwa mas-sottostrat, li jagħmilha diffiċli biex titqaxxar, li jista 'jaffettwa l-karatteristiċi tal-grafin. Fl-istess ħin, jeħtieġ li tikber taħt kundizzjonijiet estremament ħarxa ta 'ultra vakwu u temperatura għolja, b'rekwiżiti ta' tagħmir għoli, li jagħmilha impossibbli li tinkiseb preparazzjoni fuq skala kbira u kontrollabbli tal-grafin.

4. Metodu ta 'tnaqqis tal-grafita ossidizzata

Il-graphene ossidizzat ġeneralment jinkiseb permezz ta 'ossidazzjoni qawwija ta' aċidu tal-grafita. Hemm tliet metodi ewlenin għall-preparazzjoni tal-grafita ossidizzata: il-metodu Brodie, il-metodu Staudenmaier u l-metodu Hummers. Fosthom, il-metodu Hummers jeħtieġ iż-żieda ta 'assistenza ultrasonika għat-tixrid tal-grafene.

Karatteristiċi: Metodu Hummers għat-tixrid tal-grafen: Il-metodu huwa sempliċi, jieħu ħafna ħin, għandu kapaċità ta 'proċessar kbira, huwa sigur u ħieles mit-tniġġis, u bħalissa huwa l-metodu l-aktar użat komunement.

 

 

Il-vantaġġi tad-dispersjoni ultrasonika tal-grafene:

 

Is-sistema ta 'dispersjoni tal-grafina ultrasonika tuża l-metodu Hummers assistit ultrasoniku biex tipprepara l-ossidu tal-grafin, li juża likwidu bħala l-mezz u jżid vibrazzjoni ultrasonika ta' frekwenza għolja mal-likwidu. Minħabba li l-ultrasound huwa mewġ mekkaniku li ma jiġix assorbit mill-molekuli, jikkawża vibrazzjoni molekulari waqt il-propagazzjoni. Taħt l-effett tal-cavitation, li jinkludi effetti addizzjonali bħal temperatura għolja, pressjoni għolja, mikro ġett, u vibrazzjoni qawwija, id-distanza bejn il-molekuli tiżdied minħabba l-vibrazzjoni, li fl-aħħar twassal għal frammentazzjoni molekulari. Jista 'jżid b'mod effettiv l-ispazjar bejn is-saffi tal-grafita ossidizzata, u biż-żieda tal-qawwa ultrasonika, l-ispazjar tas-saffi ta' bejn is-saffi miksuba tal-grafita ossidizzata juri xejra ta 'espansjoni.

Il-pressjoni istantanja rilaxxata mill-ultrasound tkisser il-forzi ta 'van der Waals bejn is-saffi tal-grafene, u tagħmilha inqas probabbli li l-grafene jaggrega. L-ispazjar kbir bejn is-saffi ta 'grafin ossidu mhux biss jiffaċilita l-inserzjoni ta' molekuli oħra, atomi, eċċ fis-saff ta 'bejn is-saff biex jiffurmaw materjali komposti interkalati ta' graphene oxide, iżda wkoll jagħmilha faċli biex jitqaxxar f'saff wieħed ta 'ossidu tal-graffen, li jistabbilixxi pedament għal aktar preparazzjoni ta 'grafen b'saff wieħed.