Cómo obtener productos de grafeno

Método de interpolación de grafito

El método utiliza grafito a escala natural como materia prima, un elemento de metal alcalino como agente de capa intermedia y el compuesto de capa intermedia de grafito se obtiene mezclando el agente de capa intermedia con grafito. El compuesto de la capa intermedia de grafito acelera el proceso de decapado de grafito desde dos aspectos. Primero, la inserción de la capa intermedia aumenta la distancia entre capas del grafito y debilita la fuerza de van der Waals entre las capas de grafito. En segundo lugar, después de la inserción de metales alcalinos como litio, potasio y cesio, se introduce un electrón en el Shimojingge, de modo que la superficie del cristal se carga negativamente, lo que provoca una repulsión electrostática, lo que hace que el cristal de grafito sea propenso a desprenderse. Finalmente, las tabletas de grafeno se obtienen mediante ultrasonidos y centrifugación.

Sin embargo, las tabletas de grafeno preparadas mediante este método son multicapa (> 10 capas) con un grosor superior a unas pocas decenas de nanómetros, y la adición de materiales intercalados destruirá la estructura híbrida SP2 del grafeno, haciendo grafeno física y químicamente. Las propiedades se ven afectadas.

Método de eliminación de la solución

El método de extracción por solvente consiste en dispersar el grafito en el solvente para formar una baja concentración de líquido de dispersión, usar ultrasonido o cizallamiento de alta velocidad para debilitar la fuerza de van der Waals entre las capas de grafito, insertar el solvente entre las capas de grafito y despegarlo. capa por capa para producir grafeno. En 2014, Paton et al. primer grafito disperso en disolventes de N-metilpirrolidona (NMP), utilizó cizallamiento simple de alta velocidad para lograr una eliminación rápida y eficiente del grafito, obtuvo una pequeña capa de dispersión estable de grafeno y propuso una forma efectiva de lograr la producción de grafeno a gran escala.

El método de extracción en fase líquida puede producir grafeno de alta calidad. Todo el proceso de stripping en fase líquida no introduce reacciones químicas, evitando la introducción de defectos estructurales en la superficie del grafeno, que proporciona grafeno de alta calidad para la aplicación de dispositivos electrónicos de alto rendimiento. La principal desventaja es que el rendimiento es muy bajo y no es adecuado para aplicaciones comerciales y de producción a gran escala.

Método de deposición química de vapor (CVD)

Este método es el método principal para preparar materiales de membranas semiconductoras a gran escala en la industria por reacción química del material de reacción a una temperatura más alta y recocido para formar material sólido depositado en la superficie de la matriz metálica. La preparación de grafeno mediante el método CVD se calienta a alta temperatura, el gas se descompone en átomos de carbono y átomos de hidrógeno, y los átomos de carbono se depositan en la superficie de la base para formar grafeno por recocido, y la base metálica finalmente se elimina por corrosión química. . En 2009, Hong et al. depositó grafeno con un espesor de 6 a 10 capas atómicas sobre la capa de níquel por primera vez utilizando el método CVD. En 2013, Bharathi et al. preparó grafeno monocristalino de gran tamaño con un diámetro de aproximadamente 1 cm mediante el método CVD.

El método CVD se considera el método más prometedor para la preparación de grafeno de gran superficie y de alta calidad, y es el método industrial más prometedor para la producción de membranas de grafeno. Sin embargo, este método no es adecuado para la preparación de macropolvos de grafeno a gran escala, lo que limita su aplicación. Además, la separación del grafeno del sustrato es un método de corrosión química de los metales, que requiere una gran cantidad de ácido, lo que provocará una gran contaminación al medio ambiente y, al mismo tiempo, mantendrá un coste elevado. Por tanto, cómo obtener el grafeno completo del sustrato es el principal problema.

Método de oxidación y reducción

El método Redox se puede simplificar en tres pasos: "oxidar, pelar, reducir". Específicamente, el grafito se oxida primero con un oxidante fuerte para formar grupos hidroxilo hidrófilos, grupos epoxi y grupos carboxilo en la superficie del grafito. Grupos de oxígeno, este proceso aumentará el espaciado de las capas de grafito de los 0,34 nm originales a 0,8 nm. La expansión de la distancia entre capas puede debilitar efectivamente la atracción de van der Waals entre capas y es fácil de despegar; Luego, el óxido de grafito se eliminó mediante un método ultrasónico. La radiación ultrasónica en la suspensión de óxido de grafito produjo una gran cantidad de pequeñas burbujas en el líquido. Estas burbujas se formaron y crecieron en la región de presión negativa de la propagación longitudinal ultrasónica y en el área de presión positiva. Cierre rápido, en este proceso conocido como efecto de "cavitación", el cierre de la burbuja puede formar una alta presión instantánea de más de 1.0 × 108 Pa, y la alta presión continua generada es como una serie de pequeñas "explosiones" que impactan continuamente los óxidos de grafito. . La hoja de óxido de grafito se quita rápidamente para dar una sola capa de óxido de grafeno; Finalmente, el óxido de grafeno se reduce a altas temperaturas o en una solución reductora, y los grupos que contienen oxígeno, como los grupos hidroxilo, epóxidos y grupos carboxilo en la superficie del óxido de grafeno, se eliminan por reducción para restaurar la estructura híbrida SP2 bidimensional perfecta del grafeno. . Productos de grafeno.

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