การเตรียมและลักษณะเฉพาะของแกรไฟต์ออกไซด์กระดาษบางและกราฟีนเป็นอย่างไร

Author: Iflowpower - Fornitur Portable Power Station

ชั้นกราไฟต์ออกซิไดซ์ที่มีลักษณะคล้ายกระดาษบางๆ ได้รับการเตรียมสำเร็จโดยใช้กรรมวิธี Hummers ที่ดัดแปลง และชั้นกราไฟต์ออกซิไดซ์ที่มีลักษณะคล้ายแผ่นที่เตรียมไว้ถูกทำให้ลดลงเป็นนาโนวัสดุกราฟีนด้วยไฮดราซีน ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์โดยใช้การสเปกโตรสโคปีอินฟราเรดแบบแปลงฟูเรียร์ (FT-IR), การสเปกโตรสโคปีรามาน (RS), การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM), การส่งสัญญาณอิเล็กโทรราคเตอร์ (TEM) และเอเจนซี่ (AFM) ฯลฯ โครงสร้างและประสิทธิภาพการทำงานโดดเด่น

ผลการทดลองพบว่ากราฟีนมีความหนาของกราฟีน 0.36 นาโนเมตร จำนวนชั้น 3 ชั้น นอกจากนี้ กลไกการเกิดปฏิกิริยาของวิธี Hummers ที่ปรับเปลี่ยนได้ถูกเตรียมโดยใช้กลไกการเกิดปฏิกิริยาของกราไฟท์ออกซิเดชันที่มีลักษณะเหมือนกระดาษบางๆ และได้วิเคราะห์กระบวนการปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างการออกซิเดชันของกราไฟท์อีกด้วย

ในปี พ.ศ. 2547 GEIM และคณะได้เตรียมผลึกอะตอม-กราฟีนสองมิติใหม่ซึ่งประกอบด้วยชั้นอะตอมคาร์บอนไฮบริด SP2 โดยใช้วิธีการแยกทางกล หน่วยโครงสร้างพื้นฐานของกราฟีนคือวงแหวนเบนซินหกหยวน ซึ่งมีขนาดเพียง 0.34 นาโนเมตร

ดังนั้น กราฟีนจึงมีคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ที่ยอดเยี่ยมมากมาย เช่น มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็ก 100 เท่า สูงถึง 130gPa การเคลื่อนที่ของตัวพาได้ถึง 15000 cm2 / (v·s) ค่าการนำความร้อนคือ 5000W / (m·K) นอกจากนี้กราฟีนยังมีคุณสมบัติพิเศษ เช่น ปรากฏการณ์ฮอลล์ควอนตัมที่อุณหภูมิห้อง และคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติกที่อุณหภูมิห้องอีกด้วย ปัจจุบัน วิธีการเตรียมกราฟีนส่วนใหญ่คือวิธีการแยกด้วยไมโครแมคคานิก การสะสมไอทางเคมี วิธีการรีดักชัน-รีดักชัน-รีดักชันทางเคมี วิธีการปลูกเอพิแทกเซียลผลึก และวิธีการให้ความร้อนตัวทำละลาย

ในจำนวนนี้ วิธีการแยกชิ้นส่วนด้วยไมโครแมคคานิกส์สามารถเตรียมกราฟีนที่มีขนาดไมครอนได้ แต่ความสามารถในการควบคุมจะต่ำ ทำให้การผลิตในปริมาณมากทำได้ยาก วิธีการปลูกแบบเอพิแทกเซียลของผลึกมีแนวโน้มที่จะสร้างขึ้นใหม่เนื่องจากพื้นผิวของผลึก SiC ดังนั้นพื้นที่ขนาดใหญ่ ความหนาจะเท่ากับกราฟีนหนึ่งอัน วิธีการสะสมไอเคมี (CVD) คือ สารตั้งต้นที่มีผลึกโลหะเดี่ยวหรือฟิล์มโลหะ ซึ่งสามารถสร้างชั้นแผ่นกราฟีนบางๆ ได้ แต่ความบริสุทธิ์ของกราฟีนไม่สูง และไม่สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก

วิธีการให้ความร้อนด้วยตัวทำละลายเป็นผลมาจากสภาวะที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง และมีค่าการนำไฟฟ้าของผลิตภัณฑ์ต่ำ และไม่มีความเป็นไปได้ที่จะผลิตจำนวนมาก วิธีการรีดักชัน-รีดักชันทางเคมีคือการเตรียมกราฟีนด้วยกระบวนการลอกและรีดักชันแบบอัลตราโซนิกโดยวิธีฮัมเมอร์ส เนื่องจากวิธีการผลิตมีวงจรสั้น ข้อดีของการผลิตแบบสังเคราะห์สูงจึงได้รับผลกระทบและมีการศึกษากันอย่างกว้างขวาง

ในวิธี Hummers กราไฟท์จะถูกเตรียมไว้รวมถึงอุณหภูมิต่ำ (0 °C) อุณหภูมิปานกลาง (38 °C) และอุณหภูมิสูง (98 °C) และตัวออกซิไดซ์คือ H2SO4 และ KMNO4 ที่มีความเข้มข้น จากการศึกษากระบวนการออกซิเดชันของกราไฟต์ วิธีของฮัมเมอร์สจึงถูกปรับเปลี่ยน นั่นคือ ช่วงเวลาที่ขั้นตอนปฏิกิริยาที่อุณหภูมิตัวกลางจะขยายออกไป และขั้นตอนปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงจะถูกยกเลิก การยกเลิกกระบวนการปฏิกิริยาของขั้นตอนอุณหภูมิสูง ไม่เพียงแต่หลีกเลี่ยงอันตรายจากการปะทุที่เกิดจากกรดซัลฟิวริกในระหว่างปฏิกิริยาอุณหภูมิสูงเท่านั้น แต่ยังหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาการสลายตัวด้วยความร้อนในขั้นตอนอุณหภูมิสูงอีกด้วย โดยลดระดับการเกิดออกซิเดชันของกราไฟท์

ในทางทฤษฎีและการทดลอง ชั้นออกไซด์เป็นชั้นสามารถเตรียมได้ภายใต้อุณหภูมิต่ำและเงื่อนไขที่ปลอดภัยและมีเสถียรภาพ กราไฟท์เตรียมการถูกทำให้ลดลงด้วยไฮเดรตไฮเดรตเพื่อเตรียมนาโนวัสดุกราฟีน และกราไฟท์ออกไซด์คล้ายกระดาษบางเตรียมการและวัสดุกราฟีนก็ถูกผลิตขึ้น 1, การทดลองที่ 1.

1. กราไฟท์ขนาดวัตถุดิบ (ขนาดเม็ด: 325 เมช, บริษัท นาโนเทคโนโลยีเฟิร์สริช จำกัด); กรดซัลฟิวริกเข้มข้น (95% ~ 98%)); โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต, โซเดียมไนเตรต, ไฮโดรจิเนต (30%), กรดไฮโดรคลอริก, คลอรีนแบเรียม, ไฮเดรต (80%) ฯลฯ

ได้รับการวิเคราะห์แล้ว ยาที่กล่าวข้างต้นไม่มีการกล่าวถึงเป็นพิเศษและจัดซื้อจากบริษัท Shanghai Chemical Reagent ของ China Pharmaceutical Group สารเคมีข้างต้นทั้งหมดไม่ได้รับการจัดการโดยตรง

1.2 การเตรียมตัวอย่าง 1) การเตรียมชั้นหมึกออกไซด์คล้ายกระดาษบาง (GO) ของกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 230 มล. (98%) ในขวดปริมาตร 1,000 มล. จำนวน 3 ขวด ภายใต้แรงแม่เหล็กที่อุณหภูมิคงที่และอ่างน้ำแข็ง 5.0 gnano3 และ 10

0 ก. ส่วนผสมของกราไฟท์ กวนตัวกลางด้วยความเร็วปานกลางเป็นเวลา 30 นาที เพื่อให้เข้ากัน ค่อยๆ เติม 30GKMNO4 ลงในส่วนผสม และคนที่อุณหภูมิ 0°C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ขวดทั้งสามใบถูกเคลื่อนย้ายเข้าไปในอ่างน้ำอุณหภูมิคงที่ที่ได้รับการปรับอุณหภูมิไว้ประมาณ 38°C ดำเนินการต่อไปเป็นเวลา 30 ชั่วโมง และดำเนินการปฏิกิริยาที่อุณหภูมิตัวกลาง

หลังจากที่อุณหภูมิของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิตัวกลางถูกวัดแล้ว ให้ถ่ายส่วนผสมลงในบีกเกอร์ขนาด 2,000 มล. เจือจางด้วยน้ำที่ผ่านการดีไอออนไนซ์จนมีปริมาตร 1,000 มล. จากนั้นจึงเติม H2O2 จำนวน 200 มล. (5%) ลงไป และของเหลวปฏิกิริยาจะเปลี่ยนเป็นสีทอง การปั่นเหวี่ยงดำเนินการโดยเครื่องปั่นเหวี่ยงความเร็วสูง โดยความเร็วในการหมุนอยู่ที่ 4,000 รอบต่อนาที แล้วล้างด้วย HCl 5% ที่สร้างขึ้นล่วงหน้าแล้วและน้ำดีไอออนไนซ์จนกระทั่งตรวจพบกรดซัลฟิวริกในสารกรอง จากนั้นจึงเคลื่อนย้ายสารแขวนลอยในจานระเหย 60 ทำให้แห้งแบบสุญญากาศในสุญญากาศ โดยสร้างกราไฟท์ที่ถูกออกซิไดซ์ 2) การลดกราฟีนถูกกระจายในหมึกกราไฟท์ที่ได้ 100 มล. ในสารละลายน้ำ 100 มล. เพื่อให้ได้สารแขวนลอยสีน้ำตาลเหลือง และสภาวะอัลตราซาวนด์ถูกกระจายภายใต้ขวดสามปากที่ให้ความร้อนถึง 90 °C หยดไฮเดรตไฮเดรต 2 มล. ที่นี่ ปฏิกิริยาถูกกรองหลังจากผ่านไป 24 ชั่วโมงภายใต้สภาวะต่างๆ และผลิตภัณฑ์ที่ได้ถูกล้างด้วยเมทานอลและน้ำหลายๆ ครั้ง และกราฟีนจะถูกทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 60 °C

1.3 การทดสอบและการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของการวิเคราะห์การเลี้ยวเบน XRD โดยใช้เครื่องเลี้ยวเบน Rigaku D / MAX-RB ของญี่ปุ่น (เป้าหมาย Cu, รังสี Kα, λ = 0.154056 nm) ช่วงการสแกน 5 ° ~ 80 °; การวิเคราะห์สเปกโตรสโคปีอินฟราเรด (FT-IR) สเปกตรัมอินฟราเรดแบบแปลงฟูเรียร์ NEXUS ของ ThermonicoLET, แท็บเล็ต KBR, ช่วงความยาวคลื่น 400 ~ 4000cm-1; การสเปกโตรสโคปีรามาน (รามาน) วิเคราะห์เครื่องสเปกโตรมิเตอร์รามานแบบเลเซอร์ไมโครคลาสเลสชนิด INVIA ของ Renishaw ของอังกฤษ ช่วงการบันทึกอยู่ระหว่าง 100 ถึง 3200 cm-1, ความยาวคลื่นเลเซอร์คือ 785 nm, ความละเอียดเชิงพื้นที่คือ 1 μm ทิศทางด้านข้าง, ตามยาวถึง 1 μm; กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน S-4800 FESEM กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านภาคสนามความละเอียดสูงชนิด JEM-2100F ของบริษัท JEO ของญี่ปุ่น กล้องจุลทรรศน์แบบสแกนโพรบแรงอะตอม (AFM) ใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมชนิด Nanoscope4 ของบริษัท Veeco ของสหรัฐอเมริกา

บทสรุป ก. โดยการวิเคราะห์กระบวนการออกซิเดชันของกระบวนการออกซิเดชันของกราไฟต์ วิธี Hummers ที่ได้รับการปรับปรุงโดยยกเลิกขั้นตอนการทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง และได้กราฟีนมาโดยการลอกด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์และการบำบัดด้วยการลดไฮเดรต B.

ผลการทดสอบ TEM และ AFM พบว่ากราฟีนมีความหนาของ 0.36 นาโนเมตร จำนวนชั้นคือ 3 ชั้น ค.

วิธีนี้ปลอดภัยและง่ายดาย ผลลัพธ์ที่ได้มีขนาดใหญ่ ควบคุมง่าย ให้การเตรียมกราฟีนรูปกระดาษบางในปริมาณมากได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย ช่วยวางรากฐานสำหรับการประยุกต์ใช้กราฟีนเชิงพาณิชย์ .