Dispersión ultrasónica de grafeno

 

Introducir:

La dispersión ultrasónica de grafeno, también conocida como exfoliación ultrasónica de grafeno, utiliza el método de reducción de óxido de grafeno, combinado con vibración ultrasónica, para aumentar eficazmente el espaciado entre capas de óxido de grafeno. El óxido de grafeno con un mayor espaciado entre capas no solo facilita la inserción de otras moléculas, átomos, etc. en la capa intermedia para formar materiales compuestos intercalados de óxido de grafeno, sino que también es fácil de exfoliar en óxido de grafeno de una sola capa, sentando las bases para una mayor preparación de grafeno de una sola capa.

 

 

Principio:

El equipo de dispersión ultrasónica de grafeno utiliza el efecto de cavitación del ultrasonido para dispersar partículas aglomeradas. Implica colocar la suspensión de partículas requerida (líquido) en un campo de sonido ultra fuerte y procesarla con la amplitud ultrasónica adecuada. Bajo efectos adicionales como cavitación, alta temperatura, alta presión, micro chorro y fuerte vibración, la distancia entre las moléculas seguirá aumentando, lo que finalmente conducirá a la fragmentación molecular y la formación de estructuras de una sola molécula. Este producto es particularmente eficaz para dispersar nanomateriales como nanotubos de carbono, grafeno, sílice, etc.

 

 

Objetivo:

En la naturaleza existe una gran cantidad de materiales de grafito, y el grafito con un espesor de 1 milímetro contiene aproximadamente 3 millones de capas de grafeno. El grafito de una sola capa se denomina grafeno, el cual no existe en su estado libre y existe en forma de láminas de grafeno en capas. Debido a las débiles fuerzas entre capas de las láminas de grafito, estas pueden desprenderse capa por capa mediante fuerzas externas, lo que da como resultado un grafeno de una sola capa con un solo átomo de carbono de espesor.

 

 

Métodos de dispersión comunes y sus desventajas:

 

1. Método de pelado micromecánico

Retire las láminas de grafeno directamente de los cristales más grandes usando cinta y repita este proceso continuamente.

La fricción entre un material y grafito pirolítico expandido o defectuoso da como resultado la formación de cristales floculantes en la superficie del grafito a granel, que contienen una sola capa de grafeno.

Desventajas: El grafeno tiene bajo rendimiento, área pequeña, dificultad para controlar con precisión el tamaño, baja eficiencia y no se puede preparar a gran escala.

2. Método de deposición química de vapor

El proceso de introducir una o más sustancias gaseosas que contienen carbono (normalmente gas orgánico con bajo contenido de carbono) en un reactor de vacío, descomponer y carbonizar el gas que contiene carbono (normalmente gas orgánico con bajo contenido de carbono) a alta temperatura y hacer crecer un elemento de carbono en la superficie del sustrato.

Desventajas: La estructura cristalina hexagonal en forma de panal del grafeno no se puede grafitizar por completo y su calidad no es tan buena como la del método de exfoliación por microcomputadora. El alto costo y los estrictos requisitos del equipo limitan su preparación a gran escala de grafeno y la adición de catalizadores también reduce la pureza del grafeno.

3. Método de crecimiento orientado epitaxial de cristales

Un método consiste en eliminar el Si mediante el calentamiento del monocristal 6H SiC, lo que permite el crecimiento epitaxial del grafeno en la superficie de los cristales de SiC. El grafeno y la capa de Si entran en contacto, y la conductividad de este grafeno se ve afectada por el sustrato; otro enfoque consiste en utilizar trazas de carbono en monocristales metálicos y, mediante el recocido a alta temperatura en condiciones de vacío ultraalto, el elemento de carbono dentro del metal precipita el grafeno en la superficie del monocristal metálico.

Desventajas: El espesor de la película de grafeno es desigual, difícil de controlar y el grafeno generado se adhiere firmemente al sustrato, lo que dificulta su desprendimiento, lo que puede afectar las características del grafeno. Al mismo tiempo, necesita crecer en condiciones extremadamente duras de ultra vacío y alta temperatura, con altos requisitos de equipo, lo que hace imposible lograr una preparación de grafeno a gran escala y controlable.

4. Método de reducción de grafito oxidado

El grafeno oxidado se obtiene generalmente mediante la oxidación del grafito con un ácido fuerte. Existen tres métodos principales para preparar el grafito oxidado: el método Brodie, el método Staudenmaier y el método Hummers. Entre ellos, el método Hummers requiere la adición de asistencia ultrasónica para la dispersión del grafeno.

Características: Método Hummers para la dispersión de grafeno: El método es simple, requiere mucho tiempo, tiene una gran capacidad de procesamiento, es seguro y no contamina y actualmente es el método más utilizado.

 

 

Las ventajas de la dispersión ultrasónica de grafeno:

 

El sistema de dispersión ultrasónica de grafeno utiliza el método Hummers asistido por ultrasonidos para preparar óxido de grafeno, que utiliza líquido como medio y agrega vibración ultrasónica de alta frecuencia al líquido. Debido a que el ultrasonido es una onda mecánica que no es absorbida por las moléculas, causa vibración molecular durante la propagación. Bajo el efecto de cavitación, que incluye efectos adicionales como alta temperatura, alta presión, micro chorro y fuerte vibración, la distancia entre las moléculas aumenta debido a la vibración, lo que finalmente conduce a la fragmentación molecular. Puede aumentar efectivamente el espaciado entre capas de grafito oxidado y, con el aumento de la potencia ultrasónica, el espaciado entre capas obtenido de grafito oxidado muestra una tendencia de expansión.

La presión instantánea liberada por ultrasonidos rompe las fuerzas de van der Waals entre las capas de grafeno, lo que hace que sea menos probable que el grafeno se agregue. El gran espaciamiento entre capas de óxido de grafeno no solo facilita la inserción de otras moléculas, átomos, etc. en la capa intermedia para formar materiales compuestos intercalados con óxido de grafeno, sino que también hace que sea fácil despegarlo para formar óxido de grafeno de una sola capa, lo que sienta las bases para una mayor preparación de grafeno de una sola capa.