Ultralyds grafendispersion
Indføre:
Ultralydsgrafendispersion, også kendt som ultralydsgrafeneksfoliering, bruger metoden til at reducere grafenoxid kombineret med ultralydsvibrationer for effektivt at øge mellemlaget mellem grafenoxid. Grafenoxid med større mellemlagsafstand letter ikke kun indsættelsen af andre molekyler, atomer osv. i mellemlaget for at danne grafenoxid interkalerede kompositmaterialer, men er også let at eksfolieres til enkeltlags grafenoxid, hvilket lægger et fundament for yderligere forberedelse af enkeltlags grafen.
Princip:
Ultralydsgrafendispersionsudstyr udnytter kavitationseffekten af ultralyd til at sprede agglomererede partikler. Det involverer at placere den nødvendige partikelsuspension (væske) i et ultrastærkt lydfelt og behandle det med passende ultralydsamplitude. Under yderligere effekter såsom kavitation, høj temperatur, højt tryk, mikrostråle og kraftig vibration, vil afstanden mellem molekyler fortsætte med at stige, hvilket i sidste ende fører til molekylær fragmentering og dannelsen af enkeltmolekylestrukturer. Dette produkt er særligt effektivt til at sprede nanomaterialer såsom carbon nanorør, grafen, silica osv.
Objektiv:
Der findes et stort antal grafitmaterialer i naturen, og grafit med en tykkelse på 1 millimeter indeholder cirka 3 millioner lag grafen. Enkeltlagsgrafit kaldes grafen, som ikke eksisterer i sin frie tilstand og eksisterer i form af lagdelte grafenplader. På grund af grafitpladernes svage mellemlagskræfter kan de skrælles af lag for lag gennem ydre kræfter, hvilket resulterer i en enkeltlagsgrafen med kun ét kulstofatomtykkelse.
Almindelige spredningsmetoder og deres ulemper:
1. Mikromekanisk skrælningsmetode
Fjern grafenplader direkte fra større krystaller ved hjælp af tape, og gentag denne proces kontinuerligt.
Friktion mellem et materiale og ekspanderet eller defekt pyrolytisk grafit resulterer i dannelsen af flokkulente krystaller på overfladen af bulkgrafit, som indeholder et enkelt lag grafen.
Ulemper: Grafen har lavt udbytte, lille areal, svært ved nøjagtigt at kontrollere størrelsen, lav effektivitet og kan ikke fremstilles i stor skala.
2. Kemisk dampaflejringsmetode
Processen med at indføre et eller flere gasformige stoffer indeholdende kulstof (sædvanligvis organisk gas med lavt kulstofindhold) i en vakuumreaktor, nedbryde og karbonisere den kulstofholdige gas (normalt organisk gas med lavt kulstofindhold) ved høj temperatur og dyrkning af et kulstofelement på underlagets overflade.
Ulemper: Den sekskantede honeycomb-krystalstruktur af grafen kan ikke grafitiseres fuldt ud, og dens kvalitet er ikke så god som mikrocomputer-eksfolieringsmetoden. De høje omkostninger og strenge udstyrskrav begrænser dens storstilede fremstilling af grafen, og tilføjelsen af katalysatorer reducerer også renheden af grafen.
3. Krystal epitaksial orienteret vækstmetode
En metode er at fjerne Si ved at opvarme enkeltkrystal 6H SiC, hvorved epitaksial vækst af grafen på overfladen af SiC-krystaller. Grafen og Si-laget kommer i kontakt, og ledningsevnen af denne grafen påvirkes af substratet; En anden tilgang er at udnytte spormængder af kulstof i metalenkeltkrystaller, og gennem højtemperaturudglødning under ultrahøjt vakuum udfælder kulstofelementet inde i metallet grafen på overfladen af metalenkeltkrystallen.
Ulemper: Tykkelsen af grafenfilmen er ujævn, svær at kontrollere, og den genererede grafen er tæt klæbet til underlaget, hvilket gør det vanskeligt at pille af, hvilket kan påvirke grafenens egenskaber. Samtidig skal den vokse under ekstremt barske forhold med ultravakuum og høj temperatur, med høje udstyrskrav, hvilket gør det umuligt at opnå storstilet og kontrollerbar fremstilling af grafen.
4. Oxideret grafit-reduktionsmetode
Oxideret grafen opnås generelt ved stærk syreoxidation af grafit. Der er tre hovedmetoder til fremstilling af oxideret grafit: Brodie-metoden, Staudenmaier-metoden og Hummers-metoden. Blandt dem kræver Hummers-metoden tilføjelse af ultralydsassistance til grafendispersion.
Egenskaber: Hummers metode til grafendispersion: Metoden er enkel, tidskrævende, har stor behandlingskapacitet, er sikker og forureningsfri og er i øjeblikket den mest anvendte metode.
Fordelene ved ultralydsgrafendispersion:
Ultralydsgrafendispersionssystemet bruger ultralydsassisteret Hummers-metode til at fremstille grafenoxid, som bruger væske som medium og tilføjer højfrekvent ultralydsvibration til væsken. På grund af at ultralyd er en mekanisk bølge, der ikke absorberes af molekyler, forårsager den molekylær vibration under udbredelsen. Under kavitationseffekten, som inkluderer yderligere effekter såsom høj temperatur, højt tryk, mikrostråle og kraftig vibration, øges afstanden mellem molekyler på grund af vibrationer, hvilket i sidste ende fører til molekylær fragmentering. Det kan effektivt øge mellemlagsafstanden af oxideret grafit, og med stigningen af ultralydseffekt viser den opnåede mellemlagsafstand af oxideret grafit en ekspanderende tendens.
Det øjeblikkelige tryk, der frigives af ultralyd, bryder van der Waals-kræfterne mellem grafenlagene, hvilket gør det mindre sandsynligt, at grafen aggregerer. Stor mellemlag mellem grafenoxid letter ikke kun indsættelsen af andre molekyler, atomer osv. i mellemlaget for at danne grafenoxid interkalerede kompositmaterialer, men gør det også nemt at blive skrællet af til enkeltlags grafenoxid, hvilket lægger et fundament for yderligere fremstilling af enkeltlagsgrafen.
