Esitellä:
Ultraäänigrafeenidispersio, joka tunnetaan myös nimellä ultraäänigrafeenikuorinta, käyttää grafeenioksidin pelkistysmenetelmää yhdistettynä ultraäänivärähtelyyn lisätäkseen tehokkaasti grafeenioksidin kerrosten välistä etäisyyttä. Grafeenioksidi, jossa on suurempi välikerrosväli, ei ainoastaan helpota muiden molekyylien, atomien jne. lisäämistä välikerrokseen grafeenioksidilla interkaloitujen komposiittimateriaalien muodostamiseksi, vaan se on myös helppo kuoria yksikerroksiseksi grafeenioksidiksi, mikä luo perustan jatkovalmistelulle. yksikerroksisesta grafeenista.
Periaate:
Ultraäänigrafeenidispersiolaitteet hyödyntävät ultraäänen kavitaatiovaikutusta agglomeroituneiden hiukkasten hajottamiseen. Se sisältää vaaditun hiukkassuspension (nesteen) sijoittamisen erittäin vahvaan äänikenttään ja sen käsittelemisen sopivalla ultraääniamplitudilla. Lisävaikutusten, kuten kavitaatio, korkea lämpötila, korkea paine, mikrosuihku ja voimakas värähtely, vaikutuksesta molekyylien välinen etäisyys kasvaa edelleen, mikä johtaa lopulta molekyylien pirstoutumiseen ja yksittäisten molekyylirakenteiden muodostumiseen. Tämä tuote on erityisen tehokas nanomateriaalien, kuten hiilinanoputkien, grafeenin, piidioksidin jne., dispergoimiseen.
Tavoite:
Luonnossa on suuri määrä grafiittimateriaaleja, ja 1 millimetrin paksuinen grafiitti sisältää noin 3 miljoonaa grafeenikerrosta. Yksikerroksista grafiittia kutsutaan grafeeniksi, jota ei ole olemassa vapaassa tilassaan, vaan se esiintyy kerrostettujen grafeenilevyjen muodossa. Grafiittilevyjen heikkojen kerrosten välisistä voimista johtuen ne voidaan kuoria pois kerros kerrokselta ulkoisten voimien vaikutuksesta, jolloin tuloksena on yksikerroksinen grafeeni, jonka paksuus on vain yksi hiiliatomi.
Yleisimmät dispersiomenetelmät ja niiden haitat:
1. Mikromekaaninen kuorintamenetelmä
Irrota grafeenilevyt suoraan suuremmista kiteistä teipillä ja toista tämä prosessi jatkuvasti.
Materiaalin ja paisuneen tai viallisen pyrolyyttisen grafiitin välinen kitka johtaa flokkuloituvien kiteiden muodostumiseen bulkkigrafiitin pinnalle, jotka sisältävät yhden kerroksen grafeenia.
Haitat: Grafeenilla on alhainen saanto, pieni pinta-ala, vaikeus hallita kokoa tarkasti, alhainen tehokkuus, eikä sitä voida valmistaa suuressa mittakaavassa.
2. Kemiallinen höyrypinnoitusmenetelmä
Prosessi, jossa yksi tai useampi hiiltä sisältävä kaasumainen aine (yleensä vähähiilinen orgaaninen kaasu) viedään tyhjiöreaktoriin, hiiltä sisältävä kaasu (yleensä vähähiilinen orgaaninen kaasu) hajotetaan ja hiiltyy korkeassa lämpötilassa ja hiilielementti kasvatetaan reaktorissa. substraatin pinta.
Haitat: Grafeenin kuusikulmainen hunajakennokiderakennetta ei voida täysin grafitoida, eikä sen laatu ole yhtä hyvä kuin mikrotietokoneen kuorintamenetelmällä. Korkeat kustannukset ja tiukat laitevaatimukset rajoittavat sen laajamittaista grafeenin valmistusta, ja katalyyttien lisääminen heikentää myös grafeenin puhtautta.
3. Crystal epitaxial oriented kasvatusmenetelmä
Yksi menetelmä on poistaa Si kuumentamalla yksikiteistä 6H SiC:tä, jolloin grafeeni kasvaa epitaksiaalisesti piikarbidikiteiden pinnalla. Grafeeni ja Si-kerros joutuvat kosketuksiin, ja substraatti vaikuttaa tämän grafeenin johtavuuteen; Toinen lähestymistapa on käyttää pieniä määriä hiiltä metalliyksityiskiteissä, ja korkean lämpötilan hehkutuksen avulla ultrakorkeassa tyhjiössä metallin sisällä oleva hiilielementti saostaa grafeenia metallisen yksikiteen pinnalle.
Haitat: Grafeenikalvon paksuus on epätasainen, vaikeasti hallittavissa, ja muodostunut grafeeni on tiukasti kiinni alustassa, mikä vaikeuttaa irrottamista, mikä voi vaikuttaa grafeenin ominaisuuksiin. Samaan aikaan sen on kasvattava erittäin ankarissa ultratyhjiön ja korkean lämpötilan olosuhteissa, joissa on korkeat laitevaatimukset, mikä tekee mahdottomaksi saavuttaa laajamittaista ja hallittavaa grafeenin valmistusta.
4. Hapetetun grafiitin pelkistysmenetelmä
Hapetettua grafeenia saadaan yleensä grafiitin vahvalla happohapetuksella. Hapetetun grafiitin valmistamiseksi on kolme päämenetelmää: Brodie-menetelmä, Staudenmaier-menetelmä ja Hummers-menetelmä. Niistä Hummers-menetelmä edellyttää ultraääniavustuksen lisäämistä grafeenin dispersioon.
Ominaisuudet: Hummers-menetelmä grafeenidispersioon: Menetelmä on yksinkertainen, aikaa vievä, sillä on suuri prosessointikapasiteetti, turvallinen ja saasteeton, ja se on tällä hetkellä yleisimmin käytetty menetelmä.
Ultraäänigrafeenidispersion edut:
Ultraäänigrafeenidispersiojärjestelmä käyttää ultraääniavusteista Hummers-menetelmää grafeenioksidin valmistukseen, joka käyttää nestettä väliaineena ja lisää nesteeseen korkeataajuista ultraäänivärähtelyä. Koska ultraääni on mekaaninen aalto, jota molekyylit eivät absorboi, se aiheuttaa molekyylivärähtelyä etenemisen aikana. Kavitaatioilmiön, joka sisältää lisävaikutuksia, kuten korkean lämpötilan, korkean paineen, mikrosuihkun ja voimakkaan värähtelyn, alaisena molekyylien välinen etäisyys kasvaa värähtelyn vuoksi, mikä lopulta johtaa molekyylien pirstoutumiseen. Se voi tehokkaasti lisätä hapetetun grafiitin kerrosten välistä etäisyyttä, ja ultraäänitehon kasvaessa hapetetun grafiitin saatu kerrosten välinen etäisyys näyttää kasvavan.
Ultraäänen vapauttama välitön paine katkaisee van der Waalsin voimat grafeenikerrosten välillä, mikä vähentää grafeenin aggregoitumista. Suuri grafeenioksidin kerrosten välinen etäisyys ei ainoastaan helpota muiden molekyylien, atomien jne. lisäämistä välikerrokseen grafeenioksidilla interkaloitujen komposiittimateriaalien muodostamiseksi, vaan myös helpottaa sen kuorimista yksikerroksiseksi grafeenioksidiksi, mikä luo perustan yksikerroksisen grafeenin jatkokäsittely.