كيف يتم تحضير وتوصيف أكسيد الجرافيت والجرافين الرقيق من الورق

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Leverancier van draagbare energiecentrales

تم تحضير طبقة الجرافيت المؤكسدة الشبيهة بالورق الرقيق بنجاح باستخدام طريقة هامر المعدلة، وتم اختزال طبقة الجرافيت المؤكسدة الشبيهة بالورق المحضرة على شكل مادة نانوية من الجرافين باستخدام الهيدرازين. منتجات التوليف بواسطة مطيافية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FT-IR)، مطيافية رامان (RS)، حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، المجهر الكهربائي الناقل (TEM)، والوكالة (AFM)، وما إلى ذلك. يتميز بالهيكل والأداء.

وأظهرت النتائج أن سمك الجرافين هو 0.36 نانومتر، وعدد الطبقات هو 3. بالإضافة إلى ذلك، تم إعداد آلية تفاعل طريقة هامر المعدلة من خلال آلية تفاعل الجرافيت المؤكسد الشبيه بالورق الرقيق، وتم تحليل عملية التفاعل الكيميائي التي تحدث أثناء أكسدة أكسدة الجرافيت.

في عام 2004، قام GEIM وآخرون بإعداد بلورة جرافين ذرية ثنائية الأبعاد جديدة مكونة من طبقات ذرية كربونية مهجنة SP2 باستخدام طريقة التجريد الميكانيكي. الوحدة الهيكلية الأساسية للجرافين هي حلقة البنزين ستة يوان، والتي يبلغ طولها 0.34 نانومتر فقط.

لذلك، يتمتع الجرافين بالعديد من الخصائص الكيميائية الفيزيائية الممتازة، مثل قوة 100 مرة من الفولاذ، وتصل إلى 130 جرام باسكال، وتصل قدرة الناقل على الحركة إلى 15000 سم2 / (فولت · ثانية)، والتوصيل الحراري هو 5000 واط / (م · كلفن). بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الجرافين أيضًا بخصائص خاصة مثل تأثير هول الكمومي في درجة حرارة الغرفة وخصائص مغناطيسية حديدية في درجة حرارة الغرفة. في الوقت الحاضر، تعتمد طريقة تحضير الجرافين بشكل أساسي على طريقة التجريد الميكانيكي الدقيق، والترسيب الكيميائي للبخار، وطريقة الاختزال الكيميائي الأكسدة والاختزال، وطريقة النمو البلوري الطبقي، وطريقة الحرارة المذيبة.

من بينها، يمكن لطريقة التجريد الميكروميكانيكية تحضير الجرافين بحجم ميكرون، لكن القدرة على التحكم منخفضة، ومن الصعب تحقيق الإنتاج على نطاق واسع. تعتبر طريقة النمو البلورية الطبقية عرضة لإعادة البناء بسبب سطح بلورة SiC، بحيث تكون المساحة الكبيرة والسمك مساويًا لجرافين واحد. طريقة الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) هي ركيزة ذات بلورة معدنية مفردة أو فيلم معدني، والتي يمكن أن تنمو طبقة رقيقة من صفائح الجرافين، ولكن نقاء الجرافين ليس عاليًا، ولا يمكن تحقيق الإنتاج على نطاق واسع.

إن طريقة التسخين بالمذيبات ترجع إلى ظروف قاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي، كما أن موصلية المنتج منخفضة، ولا توجد إمكانية للإنتاج الضخم. طريقة الاختزال الكيميائي الأكسدة والاختزال هي تحضير الجرافين عن طريق التجريد بالموجات فوق الصوتية وعملية الاختزال بطريقة هامر. بسبب دورة الإنتاج القصيرة لهذه الطريقة، فإن مزايا الإنتاج الاصطناعي العالي تتأثر على نطاق واسع وتخضع للدراست.

خلال طريقة هامر يتم تحضير الجرافيت بما في ذلك درجة الحرارة المنخفضة (0 درجة مئوية) ودرجة الحرارة المتوسطة (38 درجة مئوية) ودرجة الحرارة العالية (98 درجة مئوية) ويكون العامل المؤكسد هو H2SO4 المركز وKMNO4. من خلال دراسة عملية أكسدة الجرافيت، تم تعديل طريقة هامر، أي تم تمديد فترة زمنية لمرحلة التفاعل في درجة الحرارة المتوسطة، وإلغاء مرحلة التفاعل في درجة الحرارة العالية. إلغاء عملية التفاعل في مرحلة درجة الحرارة العالية، مما لا يتجنب مخاطر الانفجارات التي يسببها حمض الكبريتيك أثناء تفاعلات درجة الحرارة العالية فحسب، بل يتجنب أيضًا تفاعل التحلل الحراري في مرحلة درجة الحرارة العالية، مما يقلل من درجة أكسدة الجرافيت.

من الناحية النظرية والتجربة، يمكن تحضير طبقة الأكسيد الطبقية تحت درجة حرارة منخفضة وظروف آمنة ومستقرة. تم اختزال الجرافيت التحضيري بواسطة هيدرات هيدرات لتحضير مواد الجرافين النانوية، وتم إنتاج أكسيد الجرافيت الرقيق الشبيه بالورق ومواد الجرافين التحضيرية. 1، التجربة 1.

1، المواد الخام مقياس الجرافيت (الحبيبات: 325 شبكة، أول غنية تكنولوجيا النانو المحدودة)؛ حمض الكبريتيك المركز (95٪ ~ 98٪)؛ برمنجنات البوتاسيوم، نترات الصوديوم، مهدرج (30٪)، حمض الهيدروكلوريك، كلورة الباريوم، هيدرات (80٪)، الخ.

يتم تحليلها. لا يتم ذكر الأدوية المذكورة أعلاه بشكل خاص، ويتم شراؤها من شركة شنغهاي للكواشف الكيميائية التابعة لمجموعة الأدوية الصينية. لا يتم التعامل مع جميع الكواشف المذكورة أعلاه بشكل مباشر.

1.2، إعداد العينة 1) إعداد طبقة رقيقة من حبر أكسيد الورق (GO) من 230 مل (98٪) من حمض الكبريتيك المركز في 1000 مل من ثلاث قوارير، تحت قوة مغناطيسية ثابتة درجة الحرارة وحمام ماء مثلج، 5.0 gnano3 و 10.

0 جرام خليط الجرافيت مع التحريك الجيد على سرعة متوسطة لمدة 30 دقيقة حتى يختلط. يضاف 30GKMNO4 تدريجيا إلى الخليط، مع التحريك عند 0 درجة مئوية لمدة ساعتين. تم نقل القوارير الثلاثة إلى حمام مائي بدرجة حرارة ثابتة تم ضبطها على درجة حرارة حوالي 38 درجة مئوية، واستمرت لمدة 30 ساعة، وتم إجراء تفاعل درجة الحرارة المتوسطة.

بعد ارتفاع درجة حرارة التفاعل المتوسط، تم نقل الخليط إلى دورق سعته 2000 مل، وتم تخفيفه بالماء منزوع الأيونات إلى 1000 مل، وتم إضافة 200 مل (5٪) من H2O2، وتحول سائل التفاعل إلى اللون الذهبي. تم إجراء عملية الطرد المركزي باستخدام جهاز طرد مركزي عالي السرعة، وكانت سرعة الدوران 4000 دورة في الدقيقة، وغسلت بمحلول حمض الهيدروكلوريك 5٪ المشكل مسبقًا والماء منزوع الأيونات حتى تم الكشف عن حمض الكبريتيك في المرشح، وتم إزاحة المعلق في طبق التبخير، 60 تجفيف بالتفريغ في الفراغ، لتشكيل الجرافيت المؤكسد. 2) تم تشتيت اختزال الجرافين في 100 مل من حبر الجرافيت الناتج في 100 مل من المحلول المائي للحصول على معلق بني-أصفر، وتم تشتيت ظروف الموجات فوق الصوتية تحت قارورة ثلاثية الفم، وتسخينها إلى 90 درجة مئوية، وتقطير 2 مل من الهيدرات المائية، هنا تم ترشيح التفاعل بعد 24 ساعة في ظل الظروف، وتم غسل المنتج الناتج عدة مرات بالميثانول والماء، وتم تجفيف الجرافين على درجة حرارة تزيد عن 60 درجة مئوية.

1.3، اختبار وتوصيف تحليل حيود XRD باستخدام مقياس حيود Rigaku D / MAX-RB الياباني (هدف Cu، إشعاع Kα، λ = 0.154056 نانومتر)، نطاق المسح 5 ° ~ 80 °؛ تحليل مطيافية الأشعة تحت الحمراء (FT-IR) طيف الأشعة تحت الحمراء NEXUS Fourier Transform من ThermonicoLET، أقراص KBR، نطاق الطول الموجي 400 ~ 4000 سم -1؛ تحليل مطيافية رامان (رامان) يحلل مطياف رامان بالليزر بدون فئات دقيقة من نوع INVIA من شركة Renishaw البريطانية، نطاق التسجيل من 100 إلى 3200 سم -1، طول موجة الليزر هو 785 نانومتر، الدقة المكانية هي 1 ميكرومتر الاتجاه الجانبي، الطولي إلى 1 ميكرومتر؛ يعتمد المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) على المجهر الإلكتروني الماسح S-4800 FESEM؛ يعتمد المجهر الإلكتروني النفاذ (TEM) على المجهر الإلكتروني النفاذ عالي الدقة من نوع JEM-2100F من شركة JEO اليابانية؛ يعتمد مجهر المسح بالقوة الذرية (AFM) على مجهر القوة الذرية من نوع Nanoscope4 من شركة Veeco الأمريكية.

الخاتمة أ. من خلال تحليل عملية أكسدة الجرافيت، تم تعديل طريقة هامر حيث تم إلغاء مرحلة التفاعل ذات درجة الحرارة العالية، وتم الحصول على الجرافين عن طريق التقشير بالموجات فوق الصوتية ومعالجة اختزال الهيدرات المائية. B.

وتظهر نتائج اختبارات المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) والجسيمات المجهرية الذرية (AFM) أن سمك الجرافين هو 0.36 نانومتر، وعدد الطبقات هو 3. ج.

الطريقة آمنة وبسيطة، والناتج كبير وسهل التحكم، وتوفر تحضيرًا سريعًا وبسيطًا وواسع النطاق من الجرافين الرقيق على شكل ورق، وتوفر أساسًا للتطبيق التجاري للجرافين. .