การกระจายกราฟีนช่วยอัลตราโซนิก

การกระจายกราฟีนช่วยอัลตราโซนิก

การกระจายกราฟีนอัลตราโซนิก

กราฟีนเป็นวัสดุสองมิติที่บางและแข็งของ&# 39 ของโลกประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนชั้นเดียว ความแข็งแรงความยืดหยุ่นการนำไฟฟ้าการนำความร้อนและคุณสมบัติทางแสงที่ดีมากมีบทบาทสำคัญในด้านต่างๆ ไม่มีกราฟีนชั้นเดียวในสภาพธรรมชาติ วัสดุโดยทั่วไปมีลักษณะเป็นกราไฟท์สามมิติ การแยกกราฟีนชั้นเดียวออกจากกราไฟท์เป็นสิ่งสำคัญมาก

การแพร่กระจายของกราฟีนอัลตราโซนิกเรียกอีกอย่างว่าการขัดผิวด้วยกราฟีนล้ำ วิธีการลดกราไฟต์ออกไซด์และการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกสามารถเพิ่มระยะห่างของชั้นแกรไฟต์ออกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ กราไฟท์ออกไซด์ที่มีระยะห่างของชั้นที่ใหญ่กว่าไม่เพียง แต่จะเอื้อต่อการแทรกตัวของโมเลกุลอะตอม ฯลฯ ระหว่างชั้นอื่น ๆ เพื่อสร้างกราไฟต์ออกไซด์วัสดุผสมระหว่างชั้นนั้นง่ายต่อการขัดออกเป็นกราไฟต์ออกไซด์ชั้นเดียวซึ่งวางรากฐานสำหรับ การเตรียมกราฟีนชั้นเดียวเพิ่มเติม

หลักการกระจายตัวของอัลตราโซนิก

อัลตราโซนิกการกระจายกราฟีนคือการใช้โพรงอากาศอัลตราโซนิกเพื่อกระจายอนุภาคที่รวมตัวกัน คือการนำอนุภาคแขวนลอย (ของเหลว) ไปแปรรูปเป็นสนามเสียงที่มีความแรงสูงและประมวลผลด้วยแอมพลิจูดอัลตราโซนิกที่เหมาะสม ภายใต้ผลกระทบเพิ่มเติมของการเกิดโพรงอากาศอุณหภูมิสูงความดันสูงไมโครไอพ่นการสั่นสะเทือนที่รุนแรง ฯลฯ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งในที่สุดจะทำให้โมเลกุลแตกและก่อตัวเป็นโครงสร้างโมเลกุลเดี่ยว ผลิตภัณฑ์นี้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการกระจายวัสดุนาโน (เช่นท่อนาโนคาร์บอนกราฟีนซิลิคอนไดออกไซด์เป็นต้น)

มีวัสดุกราไฟท์จำนวนมากในธรรมชาติและกราไฟท์ที่มีความหนา 1 มม. มีกราฟีนประมาณ 3 ล้านชั้น กราไฟท์ชั้นเดียวเรียกว่ากราฟีนซึ่งไม่มีอยู่ในสถานะอิสระและมีอยู่ในรูปแบบของแผ่นกราไฟท์ที่เคลือบด้วยกราฟีนหลายชั้น เนื่องจากแรงระหว่างชั้นของแผ่นกราไฟท์อ่อนแอจึงสามารถขัดผิวทีละชั้นโดยแรงภายนอกดังนั้นการได้รับกราฟีนชั้นเดียวที่มีความหนาเพียงหนึ่งอะตอมของคาร์บอน

นิยมใช้วิธีการกระจาย

1. วิธีการปอกเปลือกแบบไมโคร

ใช้เทปเพื่อลอกเกล็ดกราฟีนออกจากผลึกขนาดใหญ่โดยตรงแล้วทำซ้ำตามขั้นตอน

เมื่อวัสดุถูกถูด้วยกราไฟท์ไพโรไลติกที่มีการขยายตัวหรือเกิดข้อบกพร่องผลึกที่มีลักษณะคล้ายเกล็ดจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของกราไฟท์จำนวนมากและผลึกที่มีลักษณะคล้ายเกล็ดจะมีกราฟีนชั้นเดียว

ข้อเสีย: กราฟีนมีผลผลิตต่ำพื้นที่เล็กควบคุมขนาดได้ยากประสิทธิภาพต่ำและไม่สามารถเตรียมในปริมาณมากได้

2. วิธีการสะสมไอสารเคมี

สารก๊าซที่ประกอบด้วยคาร์บอนอย่างน้อยหนึ่งชนิด (โดยปกติจะเป็นก๊าซอินทรีย์คาร์บอนต่ำ) จะถูกนำเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์สุญญากาศและก๊าซที่มีคาร์บอนจะถูกย่อยสลายและทำให้เป็นคาร์บอน (โดยปกติจะเป็นก๊าซอินทรีย์คาร์บอนต่ำ) ที่อุณหภูมิสูง กระบวนการเติบโตของธาตุคาร์บอน

ข้อเสีย: โครงสร้างผลึกรังผึ้งหกเหลี่ยมของกราฟีนไม่สามารถสร้างกราฟได้อย่างสมบูรณ์และคุณภาพไม่ดีเท่าวิธีการขัดด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ ความต้องการด้านอุปกรณ์ที่มีต้นทุนสูงและเข้มงวด จำกัด การผลิตกราฟีนจำนวนมากและการเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาจะช่วยลดความบริสุทธิ์ของกราฟีน

3. วิธีการเติบโตของการวางแนวคริสตัลแบบ epitaxial

หนึ่งคือการกำจัด Si โดยการให้ความร้อนกับผลึกเดี่ยว 6H-SiC ดังนั้นกราฟีนที่เติบโตบนพื้นผิวของผลึก SiC กราฟีนสัมผัสกับชั้น Si และความสามารถในการนำไฟฟ้าของกราฟีนนี้ได้รับผลกระทบจากสารตั้งต้น อีกประการหนึ่งคือการใช้ส่วนประกอบคาร์บอนตามรอยในผลึกเดี่ยวของโลหะโดยผ่านการอบที่อุณหภูมิสูงภายใต้สุญญากาศสูงพิเศษองค์ประกอบของคาร์บอนในโลหะจะอยู่บนพื้นผิวของผลึกเดี่ยวของโลหะ Graphene จะตกตะกอน

ข้อเสีย: ความหนาของฟิล์มกราฟีนไม่สม่ำเสมอและควบคุมยาก กราฟีนที่สร้างขึ้นจะยึดติดกับวัสดุพิมพ์อย่างแน่นหนาและลอกออกได้ยากซึ่งจะส่งผลต่อลักษณะของกราฟีน ในขณะเดียวกันก็ต้องเติบโตภายใต้สภาวะสุญญากาศและอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ เงื่อนไขมีความต้องการสูงมากและความต้องการอุปกรณ์สูง ไม่สามารถเตรียมกราฟีนขนาดใหญ่และควบคุมได้

4. วิธีการลดออกไซด์ของกราไฟท์

กราฟีนออกไซด์โดยทั่วไปได้จากการเกิดออกซิเดชันของกราไฟท์กับกรดแก่ มีสามวิธีหลักในการเตรียมแกรไฟต์ออกไซด์: วิธี Brodie วิธี Staudenmaier และวิธี Hummers ในหมู่พวกเขาวิธีการกระจายกราฟีนของ Hummers ต้องได้รับความช่วยเหลือจากอัลตราโซนิก

คุณสมบัติ: วิธีการกระจายกราฟีนของ Hummers: วิธีง่ายๆใช้เวลาสั้น ๆ ความสามารถในการประมวลผลขนาดใหญ่ปลอดภัยและปราศจากมลภาวะเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน

5. อัลตราซาวนด์ช่วยวิธี

ระบบกระจายกราฟีนอัลตราโซนิกใช้วิธี Hummers ช่วยอัลตราโซนิกเพื่อเตรียมแกรฟีนออกไซด์ซึ่งใช้ของเหลวเป็นสื่อและเพิ่มการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกความถี่สูงให้กับของเหลว เนื่องจากอัลตราซาวนด์เป็นคลื่นกลจึงไม่ถูกดูดซึมโดยโมเลกุลและทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของโมเลกุลระหว่างการขยายพันธุ์ ภายใต้ผลกระทบของโพรงอากาศนั่นคือระยะห่างระหว่างโมเลกุลภายใต้ผลกระทบเพิ่มเติมของอุณหภูมิสูงความดันสูงไมโครเจ็ตการสั่นสะเทือนที่รุนแรง ฯลฯ ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้นเนื่องจากการสั่นสะเทือนซึ่งนำไปสู่การแตกตัวของ โมเลกุล ระยะห่างของชั้นแกรไฟต์ออกไซด์สามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและด้วยการเพิ่มพลังอัลตราโซนิกระยะห่างของชั้นกราไฟท์ออกไซด์ที่ได้รับมีแนวโน้มที่จะขยาย

ความดันทันทีที่ปล่อยออกมาจากอัลตราซาวนด์จะทำลายแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างชั้นกราฟีนทำให้กราฟีนรวมตัวกันได้ยากขึ้น กราไฟท์ออกไซด์ที่มีระยะห่างระหว่างชั้นขนาดใหญ่ไม่เพียง แต่เป็นประโยชน์ต่อการก่อตัวของวัสดุผสมระหว่างกราไฟท์ออกไซด์โดยการใส่โมเลกุลอื่น ๆ อะตอม ฯลฯ แต่ยังง่ายต่อการขัดออกเป็นกราไฟต์ออกไซด์ชั้นเดียววางรากฐานสำหรับการเตรียมเพิ่มเติมของ กราฟีนชั้นเดียว

อุปกรณ์การกระจายอัลตราโซนิกสามารถใช้สำหรับกราฟีนการเคลือบหมึก ฯลฯ การกระจายตัวการบำบัดการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน การทำอิมัลชันปิโตรเลียม การแปรรูปยาจีน เซลล์การบดน้ำบัลลาสต์การบำบัดฆ่าเชื้อโรค วัตถุดิบทางเคมีเพื่อเร่งปฏิกิริยาและอื่น ๆ