超声波粉碎机设备在石墨烯材料的应用

时间：2023-12-28

石墨烯(Graphene)是单原子厚度的碳原子层,是近年发现的二维碳原子晶体。它被认为是富勒烯、碳纳米管、石墨的基本结构单元 [,具有优异的力学、**和电学性质,已成为碳质材料和凝聚态物理领域的研究热点之一。目前制备石墨烯的主要方法包括:微机械剥离法、外延生长法和化学法 [,其中化学法操作相对简单,成本低廉,成为目前为止大规模生产石墨烯的主要手段之一。化学法以氧化石墨为原料,分散于溶剂后经适当超声波处理,得到稳定的氧化石墨稀水溶胶,最后利用化学还原法去除氧化石墨烯上的含氧基团,得到石墨烯。

化学还原法被认为是实现大规模生产石墨烯的主要途径之一,而剥离氧化石墨为氧化石墨烯是利用该方法获得高品质石墨烯的关键步骤。利用超声波清洗和超声波粉碎两种方式实现了氧化石墨的剥离,研究了超声波的频率和作用方式对其剥离效率和破坏程度的影响。结果表明,氧化石墨的剥离效率随超声波频率的增大而提高;横向尺寸破坏程度在超声波直接作用时较大,间接作用时较小,可获得横向尺寸相对较大的氧化石墨烯片层.

超声波的功率影响剥离氧化石墨为氧化石墨烯的效率和氧化石墨稀的横向尺寸。功率越大的超声波剥离效率明显。与超声波粉碎即直接作用剥离的方式相比,超声清洗即间接作用方式对氧化石墨横向尺寸的破坏程度相对较低,可获得横向尺寸较大的氧化石墨烯。

将单壁碳纳米管仅通过气相氧化和超声裂解两步制备出了石墨烯纳米带,采用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)对制备出的石墨烯纳米带进行形貌和结构分析。结果表明,超声波处理器制备的石墨烯纳米带宽度狭窄、边缘光滑,并且相比于刚性的单壁碳纳米管具有良好的柔韧性,大约为2nm的厚度也说明了石墨烯纳米带的双层结构。在气相氧化和超声裂解的过程中,拉曼光谱中D峰与G峰的比值始终保持在0.15左右,表明在整个制备过程中,并没有引入新的缺陷。此方法相比于其他方法制备出的纳米带具有结晶度高、宽度狭窄、边缘光滑等优点。

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