تشتت الجرافين بالموجات فوق الصوتية
تشتت الجرافين بالموجات فوق الصوتية
الجرافين هو مادة&رقيقة وثنائية الأبعاد تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون. تلعب القوة والمرونة والتوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري والخصائص البصرية دورًا مهمًا في مختلف المجالات. لا يوجد جرافين أحادي الطبقة في الحالة الطبيعية. توجد المادة بشكل عام كغرافيت ثلاثي الأبعاد. من المهم جدًا استخراج الجرافين أحادي الطبقة من الجرافيت.
يسمى تشتت الجرافين بالموجات فوق الصوتية أيضًا بتقشير الجرافين بالموجات فوق الصوتية. يمكن أن تؤدي طريقة تقليل أكسيد الجرافيت والاهتزاز بالموجات فوق الصوتية إلى زيادة تباعد طبقة أكسيد الجرافيت بشكل فعال. أكسيد الجرافيت مع تباعد طبقة أكبر لا يؤدي فقط إلى إدخال جزيئات أخرى ، وذرات ، وما إلى ذلك بين الطبقات لتشكيل أكسيد الجرافيت.من السهل تقشير المادة المركبة المقحمة إلى أكسيد الجرافيت أحادي الطبقة ، مما يضع الأساس لـ التحضير الإضافي للجرافين أحادي الطبقة.
مبدأ التشتت بالموجات فوق الصوتية
تشتت الجرافين بالموجات فوق الصوتية هو استخدام التجويف بالموجات فوق الصوتية لتفريق الجسيمات المتكتلة. هو وضع معلق الجسيمات (السائل) ليتم معالجته في مجال صوتي فائق القوة ومعالجته بسعة الموجات فوق الصوتية المناسبة. في ظل التأثيرات الإضافية للتجويف ، ودرجة الحرارة المرتفعة ، والضغط العالي ، والنفاثات الدقيقة ، والاهتزاز القوي ، وما إلى ذلك ، ستزداد المسافة بين الجزيئات باستمرار ، مما سيؤدي في النهاية إلى كسر الجزيئات وتشكيل بنية جزيئية واحدة. هذا المنتج فعال بشكل خاص في تشتيت المواد النانوية (مثل الأنابيب النانوية الكربونية ، والجرافين ، وثاني أكسيد السيليكون ، وما إلى ذلك).
يوجد الكثير من مواد الجرافيت في الطبيعة ، ويحتوي الجرافيت بسماكة 1 مم على حوالي 3 ملايين طبقة من الجرافين. يُطلق على الجرافيت أحادي الطبقة اسم الجرافين ، وهو غير موجود في الحالة الحرة ، وهو موجود على شكل أوراق جرافيت مغلفة بطبقات متعددة من الجرافين. نظرًا لأن قوة الطبقة البينية لصفيحة الجرافيت ضعيفة ، يمكن تقشيرها طبقة تلو الأخرى بالقوة الخارجية ، وبالتالي الحصول على طبقة واحدة من الجرافين بسمك ذرة كربون واحدة فقط.
طرق التشتت شائعة الاستخدام
1. طريقة التقشير الميكانيكي
استخدم شريطًا لاصقًا لتقشير رقائق الجرافين مباشرةً من البلورات الكبيرة وكرر العملية.
عندما يتم فرك مادة ما باستخدام الجرافيت الحراري الذي تمدد أو أحدث عيوبًا ، يتم إنتاج بلورات شبيهة بالرقائق على سطح الجرافيت الكتلي ، وتحتوي البلورات الشبيهة بالرقائق على جرافين أحادي الطبقة.
العيوب: يحتوي الجرافين على إنتاجية منخفضة ، ومساحة صغيرة ، ويصعب التحكم في الحجم ، وكفاءة منخفضة ، ولا يمكن تحضيره على نطاق واسع.
2. طريقة ترسيب البخار الكيميائي
يتم إدخال واحدة أو أكثر من المواد الغازية المحتوية على الكربون (عادةً غازات عضوية منخفضة الكربون) في مفاعل التفريغ ، ويتحلل الغاز المحتوي على الكربون ويتفحم (عادةً غازات عضوية منخفضة الكربون) عند درجة حرارة عالية. عملية زراعة عنصر الكربون.
العيوب: لا يمكن رسم البنية البلورية على شكل قرص العسل سداسية الشكل من الجرافين بالكامل ، كما أن الجودة ليست جيدة مثل طريقة تقشير الحواسيب الصغيرة. تحد التكلفة العالية ومتطلبات المعدات الصارمة من إنتاج الجرافين على نطاق واسع ، كما أن إضافة المحفزات تقلل من نقاء الجرافين.
3. طريقة نمو التوجه الفوقي البلوري
الأول هو إزالة Si عن طريق تسخين البلورة المفردة 6H-SiC ، وبالتالي زيادة الجرافين فوق المحور على سطح بلورة SiC. يتلامس الجرافين مع طبقة Si ، وتتأثر موصلية هذا الجرافين بالركيزة ؛ والآخر هو استخدام أثر الكربون في البلورة المعدنية المفردة ، من خلال التلدين بدرجة حرارة عالية تحت فراغ شديد للغاية ، يكون عنصر الكربون في المعدن على سطح الكريستال المعدني الأحادي الجرافين يترسب.
العيوب: سماكة طبقة الجرافين غير متساوية ويصعب التحكم فيها. يلتصق الجرافين المتولد بإحكام بالركيزة ويصعب تقشيره ، مما سيؤثر على خصائص الجرافين. في الوقت نفسه ، تحتاج إلى النمو في ظروف الفراغ الفائق ودرجات الحرارة العالية. الظروف متطلبة للغاية ومتطلبات المعدات عالية. لا يمكن تحقيق تحضير الجرافين على نطاق واسع ويمكن التحكم فيه.
4. طريقة الحد من أكسيد الجرافيت
يتم الحصول على أكسيد الجرافين عمومًا بأكسدة الجرافيت بحمض قوي. هناك ثلاث طرق رئيسية لتحضير أكسيد الجرافيت: طريقة Brodie وطريقة Staudenmaier وطريقة Hummers. من بينها ، يتطلب تشتت الجرافين طريقة هامرز المساعدة بالموجات فوق الصوتية.
الميزات: طريقة هامرز تشتت الجرافين: طريقة بسيطة ، تستغرق وقتًا قصيرًا ، وقدرة معالجة كبيرة ، وآمنة وخالية من التلوث ، وهي طريقة شائعة الاستخدام في الوقت الحاضر.
5. طريقة بمساعدة الموجات فوق الصوتية
يستخدم نظام تشتت الجرافين بالموجات فوق الصوتية طريقة هامرز بمساعدة الموجات فوق الصوتية لإعداد أكسيد الجرافين ، والذي يستخدم السائل كوسيط ويضيف اهتزازًا بالموجات فوق الصوتية عالي التردد إلى السائل. نظرًا لأن الموجات فوق الصوتية عبارة عن موجة ميكانيكية ، فلا تمتصها الجزيئات وتسبب اهتزاز الجزيئات أثناء التكاثر. تحت تأثير التجويف ، أي المسافة بين الجزيئات تحت التأثيرات الإضافية لدرجة الحرارة المرتفعة ، والضغط العالي ، والنفاثات الدقيقة ، والاهتزاز القوي ، وما إلى ذلك ، يزداد متوسط المسافة بين الجزيئات بسبب الاهتزاز ، مما يؤدي في النهاية إلى تفتيت الجزيئات. يمكن زيادة تباعد طبقة أكسيد الجرافيت بشكل أكثر فعالية ، ومع زيادة الطاقة فوق الصوتية ، تميل تباعد طبقة أكسيد الجرافيت التي تم الحصول عليها إلى التوسع.
يؤدي الضغط الفوري المنطلق من الموجات فوق الصوتية إلى تدمير قوة فان دير فال بين طبقات الجرافين ، مما يجعل من الصعب على الجرافين التكتل معًا. إن أكسيد الجرافيت مع تباعد كبير بين الطبقات ليس مفيدًا فقط في تكوين المواد المركبة لأكسيد الجرافيت عن طريق إدخال جزيئات وذرات أخرى ، وما إلى ذلك ، ولكن أيضًا من السهل تقشيره في أكسيد الجرافيت أحادي الطبقة ، مما يضع الأساس لمزيد من التحضير طبقة واحدة من الجرافين.
يمكن استخدام معدات التشتت بالموجات فوق الصوتية للجرافين ، وطلاء الحبر ، وما إلى ذلك. التشتت ، ومعالجة التجانس ؛ استحلاب البترول معالجة استخراج الطب الصيني. الخلية ، تكسير مياه الصابورة ، معالجة التطهير ؛ المواد الخام الكيميائية لتسريع التفاعل وهلم جرا.
