Dispersão de grafeno assistida por ultrassom
Dispersão ultrassônica de grafeno
O grafeno é o material bidimensional fino e rígido do' é composto por uma única camada de átomos de carbono. Sua excelente resistência, flexibilidade, condutividade elétrica, condutividade térmica e propriedades ópticas desempenham um papel importante em vários campos. Não há grafeno de camada única no estado natural. O material geralmente existe como grafite tridimensional. É muito importante extrair o grafeno de camada única do grafite.
A dispersão ultrassônica de grafeno também é chamada de esfoliação ultrassônica de grafeno. O método de redução de óxido de grafite e vibração ultrassônica podem aumentar efetivamente o espaçamento da camada de óxido de grafite. O óxido de grafite com um espaçamento de camada maior não é apenas propício para a inserção de outras moléculas, átomos, etc. entre as camadas para formar óxido de grafite. O material compósito de intercalação é fácil de ser esfoliado em óxido de grafite de camada única, que estabelece a base para a posterior preparação de grafeno de camada única.
Princípio da dispersão ultrassônica
A dispersão ultrassônica de grafeno é o uso de cavitação ultrassônica para dispersar partículas aglomeradas. É colocar a suspensão de partículas (líquido) a ser processada em um campo sonoro super-forte e processá-lo com uma amplitude ultrassônica apropriada. Sob os efeitos adicionais de cavitação, alta temperatura, alta pressão, microjatos, forte vibração, etc., a distância entre as moléculas aumentará continuamente, o que acabará fazendo com que as moléculas se quebrem e formem uma única estrutura molecular. Este produto é especialmente eficaz para dispersar nanomateriais (como nanotubos de carbono, grafeno, dióxido de silício, etc.).
Existem muitos materiais de grafite na natureza, e o grafite com uma espessura de 1 mm contém cerca de 3 milhões de camadas de grafeno. O grafite de camada única é chamado de grafeno, que não existe no estado livre e existe na forma de folhas de grafite laminadas com múltiplas camadas de grafeno. Como a força intercamada da folha de grafite é fraca, ela pode ser esfoliada camada por camada por força externa, obtendo-se assim um grafeno de camada única com espessura de apenas um átomo de carbono.
Métodos de dispersão comumente usados
1. Método de peeling micromecânico
Use fita adesiva para descascar diretamente os flocos de grafeno dos cristais maiores e repita o processo.
Quando um material é esfregado com grafite pirolítica que expandiu ou introduziu defeitos, cristais em forma de flocos são produzidos na superfície do grafite em massa e os cristais em forma de flocos contêm grafeno de camada única.
Desvantagens: O grafeno tem baixo rendimento, área pequena, tamanho difícil de controlar, baixa eficiência e não pode ser preparado em grande escala.
2. Método de deposição de vapor químico
Uma ou mais substâncias gasosas contendo carbono (geralmente gases orgânicos de baixo carbono) são introduzidas no reator a vácuo, e o gás contendo carbono é decomposto e carbonizado (geralmente gases orgânicos de baixo carbono) em alta temperatura. O processo de crescimento de um elemento de carbono.
Desvantagens: A estrutura de cristal hexagonal em forma de favo de mel do grafeno não pode ser totalmente grafitada e a qualidade não é tão boa quanto a do método de esfoliação do microcomputador. O alto custo e os rígidos requisitos de equipamento limitam a produção em grande escala de grafeno, e a adição de catalisadores reduz a pureza do grafeno.
3. Método de crescimento por orientação epitaxial de cristal
Uma é remover o Si aquecendo o cristal único 6H-SiC, aumentando assim o grafeno epitaxialmente na superfície do cristal de SiC. O grafeno está em contato com a camada de Si, e a condutividade deste grafeno é afetada pelo substrato; o outro é usar o componente de carbono traço no cristal único de metal, por meio de recozimento de alta temperatura sob ultra-alto vácuo, o elemento de carbono no metal está na superfície do cristal único de metal O grafeno é precipitado.
Desvantagens: A espessura do filme de grafeno é irregular e difícil de controlar. O grafeno gerado está fortemente aderido ao substrato e é difícil de descascar, o que afetará as características do grafeno. Ao mesmo tempo, precisa crescer em condições de ultra-vácuo e alta temperatura. As condições são extremamente exigentes e os requisitos de equipamento são elevados. A preparação de grafeno em grande escala e controlável não pode ser alcançada.
4. Método de redução de óxido de grafite
O óxido de grafeno é geralmente obtido pela oxidação da grafite com ácido forte. Existem três métodos principais para preparar óxido de grafite: método Brodie, método Staudenmaier e método Hummers. Entre eles, o método Hummers de dispersão de grafeno requer assistência ultrassônica.
Características: Dispersão de grafeno por método Hummers: método simples, rápido e demorado, grande capacidade de processamento, seguro e livre de poluição, é um método comumente usado atualmente.
5. Método assistido por ultrassom
O sistema de dispersão de grafeno ultrassônico usa o método Hummers assistido por ultrassom para preparar óxido de grafeno, que usa líquido como meio e adiciona vibração ultrassônica de alta frequência ao líquido. Como o ultrassom é uma onda mecânica, ele não é absorvido pelas moléculas e causa vibração das moléculas durante a propagação. Sob o efeito da cavitação, ou seja, a distância entre as moléculas sob os efeitos adicionais de alta temperatura, alta pressão, microjatos, forte vibração, etc., a distância média entre as moléculas aumenta devido à vibração, o que acaba levando à fragmentação de as moléculas. O espaçamento da camada de óxido de grafite pode ser aumentado de forma mais eficaz, e com o aumento da potência ultrassônica, o espaçamento da camada de óxido de grafite obtido tende a se expandir.
A pressão instantânea liberada pelo ultrassom destrói a força de van der Waals entre as camadas de grafeno, dificultando a aglomeração do grafeno. O óxido de grafite com um grande espaçamento entre camadas não é apenas benéfico para a formação de materiais compósitos de intercalação de óxido de grafite inserindo outras moléculas, átomos, etc., mas também é fácil de ser esfoliado em óxido de grafite de camada única, estabelecendo a base para a preparação de grafeno de camada única.
O equipamento de dispersão ultrassônica pode ser usado para grafeno, revestimentos de tinta, etc. dispersão, tratamento de homogeneização; emulsificação de petróleo; Processamento de extração de medicamentos chineses; célula, esmagamento de água de lastro, tratamento de desinfecção; matérias-primas químicas para acelerar a reação e assim por diante.
