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超声波石墨烯分散的常用分散方法

发布时间:2022-06-08      点击次数:54
   由于石墨的特殊特性已为人所知,因此开发了几种石墨制备方法。通过复杂的化学工艺由氧化石墨烯制备石墨烯,期间加入非常强的氧化和还原剂,在这些苛刻的化学条件下制备的石墨烯经常含有大量缺陷。
  超声波是一种经过验证的替代方法,可以生产大量高质量的石墨烯。将石墨加入稀有机酸,醇和水的混合物中,然后将混合物暴露于超声波辐射下。该酸起“分子楔”的作用,将石墨烯片与母体石墨分离。 通过这种简单的过程,产生了大量未分散的,高质量的分散在水中的石墨烯。
  石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。 石墨烯的碳原子厚的碳薄片通过非键合相互作用形成石墨,并且具有极大的表面积。
  “它是宇宙中最薄的物质,也是有史以来坚固的物质。其表现出巨大的本征载流子迁移率,具有最小的有效质量(为零),可以在室温下进行微米长距离的传播而不散射。石墨烯可以维持比铜高6个数量级的电流密度,显示出创纪录的热导率和硬度,不透气,并能调和脆性和延性等相互冲突的特性。石墨烯中的电子传输用狄拉克式方程描述,该方程允许在台式实验中研究相对论量子现象。
  超声波石墨烯分散是利用超声波的空化作用来分散团聚的颗粒。它是将所需处理的颗粒悬浮液(液态)放入声场中,用适当的超声振幅加以处理。在空化效应,高温,高压,微射流,强振动等附加效应下,分子间的距离会不断增加,最终导致分子破碎,形成单分子结构。该产品尤其对于分散纳米材料(如碳纳米管、石墨烯、二氧化硅等)。
  石墨烯分散目的
  自然界中存在大量的石墨材料,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。单层石墨被称为石墨烯,在自由状态下不存在该物质,都以多层石墨烯层叠的石墨片的形式存在。由于石墨片的层间作用力较弱,可以通过外力进行层层剥离,从而获得只有一个碳原子厚度的单层石墨烯。
  超声波石墨烯分散的常用方法:
  常用的分散方法
  1.微机械剥离法
  用胶带直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剥离下来,不断重复这个过程。
  使用一种材料与膨化或引入缺陷的热解石墨进行摩擦,体相石墨的表面会产生絮片状的晶体,絮片状晶体中含有单层石墨烯。
  缺点:石墨烯产量低,面积小,难以精确控制尺寸,效率低,不能大规模制备。
  2.化学气相沉积法
  将一种或多种含碳的气态物质(通常为低碳的有机物气体)通入到真空反应器中,通过高温使含碳的气体分解碳化(通常为低碳的有机物气体),在基底表面生长出一种碳单质的过程。
  缺点:石墨烯的六角蜂窝状晶体结构,无法完全石墨化,品质不如微机剥离法的好,高昂的成本及苛刻的设备要求都限制了其规模化制备石墨烯,还需要加入催化剂降低了石墨烯纯度。
  3.晶体外延取向生长法
  一种是通过加热单晶 6H-SiC 脱除 Si,从而在 SiC 晶体表面外延生长石墨烯。石墨烯和 Si 层接触,这种石墨烯的导电性受到基底影响;另一种是利用金属单晶中的微量碳成分,通过在超高真空下高温退火,金属内碳元素在金属单晶表面析出石墨烯。
  缺点:石墨烯薄膜厚度不均匀,难以控制,生成的石墨烯紧紧地黏贴在基底上难以剥离,会影响石墨烯的特性。同时需在超真空及高温条件下生长,条件极为苛刻,设备要求高,无法实现大规模、可控制备石墨烯。
  4.氧化石墨还原法
  氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法:Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法,其中Hummers法石墨烯分散需加入超声波辅助。
  特点:Hummers法石墨烯分散:方法简单,耗时较短,处理量大,安全无污染,是目前蕞常用的一种。
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