Preparation method and application of graphene

2022/04/08

लेखक Iflowpower -पोर्टेबल पावर स्टेशन आपूर्तिकर्ता

कार्बन नैनोमटेरियल्स के एक विशिष्ट प्रतिनिधि के रूप में ग्रैफेन, जिसने वैज्ञानिकों की व्यापक चिंताओं को आकर्षित किया है और उनके व्यापक क्रिस्टल रूप और विद्युत गुणों में बहुत रुचि है। एक ओर, ग्राफीन की मुख्य तैयारी विधि और सिद्धांत पेश किए जाते हैं, दूसरी ओर, नैनो-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे कई क्षेत्रों में ग्राफीन का व्यापक अनुप्रयोग। ग्राफीन अनुसंधान और अनुप्रयोग महत्व के लिए ग्राफीन सामग्री की कम लागत वाली व्यापक तैयारी।

कार्बन नैनोमटेरियल्स एक शोध हॉटस्पॉट हैं जो आज की नई सामग्रियों में नई सामग्रियों के क्षेत्र में व्यापक रूप से चिंतित हैं, जिनमें से कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी), ग्रैफेन और फुलरीन कार्बन नैनोमटेरियल्स के विशिष्ट प्रतिनिधि हैं। चूंकि उनके पास उत्कृष्ट और अद्वितीय ऑप्टिकल, विद्युत और यांत्रिक गुण हैं, इसलिए उनके पास आवेदन संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला है। इन तीन विशिष्ट कार्बन नैनोमटेरियल्स में, द्वि-आयामी ग्राफीन एक-आयामी कार्बन नैनोट्यूब और शून्य-विवोलिरिन (चित्र।

1), जिसमें उत्कृष्ट क्रिस्टलीय रूप और विद्युत गुण हैं। ग्रैफेन इंग्लैंड के मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में वैज्ञानिकों के साथ व्यापक रूप से चिंतित है, और इसके अजीब प्रदर्शन ने वैज्ञानिकों को जगाया है और उनके अजीब प्रदर्शन में बहुत दिलचस्पी है। सिंगल-लेयर ग्राफीन दो-आयामी क्रिस्टल संरचना में मौजूद है, मोटाई केवल 0 है।

334 एनएम, जो एक बुनियादी इकाई है जो अन्य आयामी कार्बनयुक्त सामग्री का निर्माण करती है, जिसे एक शून्य-रेसोलुलेंट फुलरीन बनाने के लिए लपेटा जा सकता है, एक आयामी कार्बन नैनोट्यूब बनाने के लिए लुढ़का हुआ है, त्रि-आयामी ग्रेफाइट गठन का गठन। ग्रेन एक अर्धचालक है जिसमें कोई ऊर्जा नहीं होती है, इसमें एक वाहक गतिशीलता (2 × 105 सेमी 2 / वी) होती है, जिसमें एक उच्च सिलिकॉन होता है, जिसमें एक माइक्रोमीटर मुक्त रन और कमरे के तापमान पर एक बड़ी सुसंगतता होती है, इसलिए ग्राफीन नैनोमीटर होता है। सर्किट के लिए आदर्श सामग्री।

ग्रेफी में अच्छी तापीय चालकता [3000W / (m · k)], उच्च शक्ति (110GPa) और बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र (2630 m2 / g) हैं। ये उत्कृष्ट गुण नैनो-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, गैस सेंसर, ऊर्जा भंडारण और कंपोजिट के क्षेत्र में ग्राफीन बनाते हैं। 1.

ग्राफीन की तैयारी विधि वर्तमान में, ग्राफीन की तैयारी विधि मुख्य रूप से यांत्रिक, ऑक्सीकृत ग्रेफाइट कमी, थर्मल अपघटन SiC विधि, रासायनिक जमाव वृद्धि विधि, एपिटैक्सियल विधि, आदि है। 1.1, माइक्रोमैकेनिकल स्ट्रिपिंग विधि 2004, GEIM पहले माइक्रोमैकेनिकल स्ट्रिपिंग विधि का सफलतापूर्वक उपयोग करता है। उच्च-उन्मुख थर्मल क्रैकिंग ग्रेफाइट (उच्च-उन्मुख थर्मल क्रैकिंग ग्रेफाइट) से छीलकर सिंगल लेयर ग्रेफीन देखा गया।

GEIM अनुसंधान समूह द्वारा तैयार सिंगल-लेयर ग्राफीन की अधिकतम चौड़ाई 10 माइक्रोन तक पहुंच सकती है। विधि मुख्य रूप से 20 माइक्रोन से 2 मिमी की चौड़ाई के खांचे को खोदने के लिए ऑक्सीजन प्लाज्मा हार्नेस पर आधारित है, और इसे फोटोरेसिस्ट से जुड़े SiO2 / Si सब्सट्रेट पर दबाएं। कैल्सीनेशन के बाद, अतिरिक्त ग्रेफाइट शीट को एक पारदर्शी टेप से बार-बार छील दिया जाता था, और सी वेफर पर शेष ग्रेफाइट शीट को एसीटोन में भिगो दिया जाता था, और बड़ी मात्रा में पानी को बड़ी मात्रा में पानी में आसानी से साफ किया जाता था, और काफी मोटी चादर प्राप्त हुई है।

10 एनएम से कम की मोटाई, ये पतली परतें मुख्य रूप से वैन देहुआ की शक्ति या केशिका बल पर निर्भर करती हैं ताकि वे SiO2 को बारीकी से बांध सकें, और अंत में परमाणु बल माइक्रोस्कोप के तहत केवल कुछ एकल परमाणु परत मोटाई की मोटाई का चयन करें। यह विधि माइक्रोमीटर की चौड़ाई वाली एक ग्राफीन शीट प्राप्त कर सकती है, लेकिन एक अलग एकल परमाणु परत मोटी ग्रेफीन शीट प्राप्त करना आसान नहीं है, और उपज भी बहुत कम है, इसलिए यह बड़े पैमाने पर उत्पादन और अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त नहीं है . इसके बाद, मेयर एट अल।

एक नक़्क़ाशीदार धातु फ्रेम पर माइक्रो कंप्यूटर स्ट्रिपिंग विधि में ग्रैफेन की एक परत युक्त सी वेफर रखा, और सी वेफर को एक एसिड के साथ खराब कर दिया गया था, और धातु ब्रैकेट द्वारा समर्थित निलंबित सिंगल लेयर ग्रैफेन सफलतापूर्वक तैयार किया गया था। और उनकी स्थलाकृति का निरीक्षण करने के लिए ट्रांसमिसिव इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करें। उन्होंने अध्ययन किया है कि सिंगल-लेयर ग्रैफेन एक फ्लैट विमान नहीं है, लेकिन विमान पर एक स्तर (5 ~ 10 एनएम) है, और सिंगल लेयर ग्रैफेन सतहों की झुर्रियों की डिग्री द्विपक्षीय ग्रैफेन से काफी अधिक है, और ग्रैफेन परतों के साथ झुर्रियों की संख्या में वृद्धि छोटी और छोटी होती जा रही है, जो इसकी सतह ऊर्जा को कम करने के लिए सिंगल लेयर ग्रैफेन के कारण हो सकती है, दो-आयामी त्रि-आयामी आकार से परिवर्तित हो सकती है, और ग्रैफेन सतह की प्लेट्स पर अनुमान लगा सकती है। आवश्यक शर्त, ग्राफीन की सतह पर प्लीट्स के प्रभाव का और अधिक पता लगाया जाना है।

माइक्रोमैकेनिकल स्ट्रिपिंग विधि उच्च-गुणवत्ता वाला ग्राफीन तैयार कर सकती है, लेकिन कम उपज और उच्च लागत है, औद्योगीकरण और बड़े पैमाने पर उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है, और इसका उपयोग केवल प्रयोगशाला के छोटे पैमाने पर तैयारी के रूप में किया जा सकता है। 1.2, रासायनिक वाष्प जमाव विधि रासायनिक वाष्प जमाव विधि बड़े पैमाने पर औद्योगीकरण में अर्धचालक पतली फिल्म सामग्री तैयार करने की एक विधि है।

सीवीडी विधि गैसीय परिस्थितियों में प्रतिक्रिया पदार्थ की रासायनिक प्रतिक्रिया को संदर्भित करती है, और गर्म ठोस मैट्रिक्स में जमा ठोस सामग्री की सतह उत्पन्न करती है, जिसमें बदले में ठोस सामग्री की प्रक्रिया होती है। इसकी उत्पादन प्रक्रिया बहुत ही उत्तम है, और यह शोधकर्ताओं के लिए ग्राफीन तैयार करने का एक तरीका भी बन गया है। रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) विधि एक प्रभावी विधि प्रदान करती है जो ग्रैफेन को नियंत्रित करती है, जो सीएनटी की तैयारी से अलग होती है, सीवीडी विधि के साथ दानेदार उत्प्रेरक तैयार करते समय दानेदार उत्प्रेरक तैयार करती है, जो एक फ्लैट सब्सट्रेट (जैसे धातु फिल्म, धातु एकल) क्रिस्टल एट अल।

एक उच्च तापमान में गिरावट योग्य अग्रदूत (जैसे, मीथेन, एथिलीन, आदि) में।

) वातावरण, उच्च तापमान annealing द्वारा, ग्रेफीन बनाने के लिए कार्बन परमाणु जमा, और अंत में रासायनिक जंग द्वारा स्वतंत्र ग्राफीन प्राप्त करते हैं। टुकड़ा। एक सब्सट्रेट प्रकार का चयन करके, एक विकास तापमान, एक पूर्ववर्ती प्रवाह, जैसे विकास दर, मोटाई, क्षेत्र, आदि।

), इस विधि ने वर्ग सेंटीमीटर के क्षेत्रफल की एकल परत या बहुपरत ग्राफीन को सफलतापूर्वक तैयार किया है। सबसे बड़ा फायदा यह है कि बड़े क्षेत्र के साथ ग्राफीन शीट। 1.

3, एपिटैक्सियल ग्रोथ विधि की विधि आम तौर पर 6H-SiC सिंगल क्रिस्टल सतह को गर्म करके, ग्राफीन तैयार करने के लिए Si (001 सतह) परमाणुओं का विचलन है। 6H-SiC सिंगल क्रिस्टल सतह को पहले किया जाता है, और H2 ईच प्रीट्रीटमेंट का ढोंग किया जाता है, और अल्ट्रा-हाई वैक्यूम (1.33 × 10-8Pa) के तहत सतह ऑक्साइड को 1000 ° C से हटा दिया जाता है, और ऑक्साइड द्वारा पुष्टि की जाती है ऑगरेइलेक्ट्रॉनस्पेक्ट्रोस्कोपी।

पूरी तरह से हटाने के बाद, नमूना 1250 से 1450 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया जाता है और तापमान 10 से 20 मिनट तक होता है, और प्राप्त ग्रेफीन शीट की मोटाई मुख्य रूप से इस चरण के तापमान से निर्धारित होती है, और यह विधि 1 से 2 कार्बन तैयार कर सकती है परमाणु परतें। मोटा ग्राफीन, लेकिन चूंकि SiC क्रिस्टल की सतह संरचना अधिक जटिल है, इसलिए एक बड़ा क्षेत्र प्राप्त करना मुश्किल है, मोटाई एक ग्राफीन है। बर्गर एट अल।

एकल परत और बहुस्तरीय ग्राफीन तैयार करने की विधि अपनाता है और इसके प्रदर्शन का अध्ययन करता है। मैकेनिकल स्ट्रिपिंग विधि द्वारा प्राप्त ग्राफीन की तुलना में, एपिटैक्सियल ग्रोथ मेथड द्वारा तैयार किया गया ग्राफीन एक उच्च वाहक गतिशीलता प्रदर्शित करता है, लेकिन देखा गया है कि क्वांटम हॉल प्रभाव देखा गया है। 1.

4, इलेक्ट्रोकेमिकल विधि लीयू एट अल, ग्रेफीन इलेक्ट्रोकेमिकली ऑक्सीकरण ग्रेफाइट रॉड द्वारा तैयार किया जाता है। वे आयनिक तरल युक्त जलीय घोल में दो उच्च शुद्धता वाले ग्रेफाइट बार डालते हैं, और नियंत्रण वोल्टेज 10 से 20 वी, 30 मिनट पर खराब हो जाता है, और आयनिक तरल में cationic कैथोड में कमी से मुक्त कण बनते हैं, और ग्राफीन शीट π- इलेक्ट्रॉन को आयनिक तरल की एक कार्यात्मक ग्राफीन शीट बनाने के लिए बंधुआ किया जाता है, और अंत में निर्जल इथेनॉल के साथ इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में काला अवक्षेप होता है, और ग्राफीन को 2 घंटे के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर प्राप्त किया जा सकता है। इस विधि को आयनिक तरल क्रियात्मक ग्राफीन से तैयार किया जा सकता है, लेकिन तैयार ग्राफीन शीट मोनोजन की मोटाई से बड़ी होती है।

1.5, कार्बनिक संश्लेषण विधि कियान एट अल। संरचनाओं के निर्धारण के साथ कार्बनिक सिंथेटिक ग्राफीन नैनोकार्बन के साथ कार्य करना।

उन्हें टेट्राब्रोमाइड (टेट्राब्रोमो-पेलेनेबिसिमाइड्स) का उपयोग करते हुए मोनोमर्स के रूप में इस्तेमाल किया गया था, जो तांबे और एल-प्रोलाइन की सक्रियता के तहत एक बहुलक युग्मन प्रतिक्रिया में हो सकता है, और समानांतर इमाइन के विभिन्न आकार प्राप्त किए, ग्रेफीन नैनो युक्त उच्च दक्षता वाले रासायनिक संश्लेषण- युक्त युक्त समूह; उन्होंने उच्च प्रदर्शन तरल चरणों द्वारा दो तीन-तीन-सिफिलिमाइड आइसोमर्स को भी अलग किया, और सैद्धांतिक गणना के साथ मिलकर उनकी संरचना को और स्पष्ट किया। 2, ग्राफीन अनुप्रयोग ग्राफीन में उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन परिवहन, ऑप्टिकल युग्मन, विद्युत चुम्बकीय, थर्मोडायनामिक्स, आदि शामिल हैं, इसलिए नैनो-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, उच्च-प्रदर्शन लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले सामग्री, सौर सेल, क्षेत्र उत्सर्जन सामग्री, गैस सेंसर, ऊर्जा में व्यापक अनुप्रयोग। भंडारण के क्षेत्र।

2.1, पारदर्शी इलेक्ट्रोड औद्योगिक रूप से व्यावसायीकरण पारदर्शी फिल्म सामग्री इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) हैं, पृथ्वी पर सीमित सामग्री के कारण, कीमतें महंगी हैं, विशेष रूप से विषाक्त, ताकि यह सीमित हो। कार्बन-गुणवत्ता के एक नए सितारे के रूप में, ग्रैफेन को इंडियम टिन ऑक्साइड की वैकल्पिक सामग्री माना जाता है, और ग्रैफेन सरल और कम लागत वाला होता है, जो सरल और कम लागत के फायदे हैं।

समतल सड़क। मुलेन स्टडी ग्रुप ने संसेचन कोटिंग विधि द्वारा थर्मोस्टेट में कमी जमा की, फिल्म प्रतिरोध 900Ω था, प्रकाश संप्रेषण 70% था, फिल्म को डाई सौर सेल के सकारात्मक इलेक्ट्रोड में बनाया गया था, और सौर सेल की ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 0.26% था।

2009 में, अध्ययन समूह ने एसिटिलीन का उपयोग करके एक पुनर्मुद्रण गैस और कार्बन स्रोत बनाया, और उच्च तापमान में कमी विधि द्वारा ग्रैफेन तैयार किया गया था, जिससे संभावना है कि ग्रैफेन प्रवाहकीय ग्लास की प्रतिस्थापन सामग्री के रूप में प्रदान करता है। 2.2, सेंसर इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर तकनीक सूचना प्रौद्योगिकी और जैव प्रौद्योगिकी को जोड़ती है, जिसमें रसायन, जीव विज्ञान, भौतिकी और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे क्रॉस-विषय शामिल हैं।

ग्राफीन के प्रकट होने के बाद, शोधकर्ताओं ने पाया कि ग्राफीन ने दो-आयामी वातावरण प्रदान किया और किनारे के हिस्से पर तेजी से मल्टीफ़ेज़ इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण प्रदान किया, जिसने इसे इलेक्ट्रोकेमिकल छात्र सेंसर के लिए एक आदर्श सामग्री बना दिया। CHEN द्वारा तैयार किए गए ग्राफीन का उपयोग सेंसर इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में किया जाता है, और कमरे के तापमान पर कम सांद्रता NO2 का पता लगाया जा सकता है, लेखकों का मानना ​​​​है कि यदि ग्राफीन की गुणवत्ता में और वृद्धि होती है, तो सेंसर की गैस का पता लगाने की संवेदनशीलता में सुधार किया जा सकता है। गोस्टीन सेंसर में अन्य सामग्रियों से अलग क्षमता प्रदर्शित करता है, ताकि अधिक से अधिक चिकित्सा व्यक्ति इसके बारे में चिंतित हों, और वर्तमान ग्रैफेन का उपयोग डोपामाइन, ग्लूकोज इत्यादि की चिकित्सा पहचान में भी किया जाता है।

2.3, सुपर कैपेसिटर सुपर कैपेसिटर एक कुशल भंडारण और हस्तांतरण ऊर्जा प्रणाली है, जिसमें बड़ी शक्ति घनत्व, बड़ी क्षमता, लंबी सेवा जीवन, आर्थिक पर्यावरण संरक्षण के फायदे हैं, और विभिन्न बिजली आपूर्ति स्थानों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। झरझरा कार्बन सामग्री इलेक्ट्रोड के वितरण के विपरीत, ग्रेफी में एक उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र और एक उच्च चालकता है, जो इसे सबसे संभावित इलेक्ट्रोड सामग्री बनाता है।

चेन एट अल, ग्रैफेन इलेक्ट्रोड सामग्री द्वारा तैयार सुपरकेपसिटर पावर घनत्व 10 किलोवाट / किग्रा है, ऊर्जा घनत्व 28.5WH / किग्रा है, अधिकतम विशिष्ट संधारित्र 205F / g है, और 90% अनुपात 1200 चक्रीय चार्ज और डिस्चार्ज टेस्ट के बाद बनाए रखा जाता है संधारित्र, एक लंबा चक्र जीवन है। सुपरकैपेसिटर में ग्रैफेन की क्षमता अधिक शोधकर्ताओं के बारे में चिंतित होनी चाहिए।

2.4, समग्र ग्राफीन, भौतिक, रासायनिक और यांत्रिक गुण समग्र विकास के लिए प्राथमिक शक्ति प्रदान करते हैं, और कई नए अनुप्रयोगों को खोलना वांछनीय है, जैसे कि नई प्रवाहकीय बहुलक सामग्री, बहु-कार्यात्मक बहुलक कंपोजिट और उच्च शक्ति वाले झरझरा सिरेमिक। सामग्री, आदि।

फैन एट अल, उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र और ग्रैफेन की उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता तैयार की जाती है, और परिसर में शुद्ध पॉली से कहीं अधिक उच्च अनुपात संधारित्र (1046 एफ / जी) होता है। बेलामिडीन अनुपात समाई 115f / g। ग्रैफेन के अतिरिक्त समग्र की बहु-कार्यक्षमता बढ़ जाती है, और समग्र सामग्री के प्रसंस्करण प्रदर्शन, समग्र सामग्री के लिए एक व्यापक अनुप्रयोग क्षेत्र प्रदान करता है।

3, निष्कर्ष, निष्कर्ष, ग्राफीन का उपयोग नैनो-इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, उच्च-प्रदर्शन लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले सामग्री में उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन परिवहन, ऑप्टिकल युग्मन, विद्युत चुम्बकीय, थर्मोडायनामिक्स और यांत्रिकी, आदि के साथ एक नई द्वि-आयामी कार्बन सामग्री के रूप में किया जाता है। , सौर ऊर्जा बैटरी, फील्ड लॉन्च सामग्री, गैस सेंसर और ऊर्जा भंडारण व्यापक रूप से क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है, इसलिए देश और विदेश में अनुसंधान हॉटस्पॉट बन जाते हैं। ग्राफीन अनुसंधान और अनुप्रयोग महत्व के लिए ग्राफीन सामग्री की कम लागत वाली व्यापक तैयारी।

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