الجرافين عبارة عن بنية نانو شبكية ثنائية الأبعاد عسلية مكونة من قرص العسل ، وتم تشكيلها عن طريق خلط ذرات الكربون عن كثب في الوضع المختلط sp2. منذ اكتشافه في عام 2004 ، اجتذب الجرافين انتباه الباحثين بخصائصه الفيزيائية والكيميائية الممتازة. لقد أصبحت بسرعة نقطة اتصال بحثية في مجالات الكيمياء الفيزيائية والطاقة المادية وعلوم الحياة وتكنولوجيا المعلومات. يمنحها الهيكل ذو الطبقات أحادية الذرة الخاصة بالجرافين مساحة سطح كبيرة جدًا ، ويوفر لك التهجين sp2 العديد من الخصائص الرائعة والخصائص الفيزيائية والكيميائية الممتازة. من حيث الخواص الميكانيكية ، لها قوة عالية و معامل عالي. في الخواص الحرارية ، لديها الموصلية الحرارية العالية. من حيث الخواص الكهربائية ، لديها الموصلية الكهربائية العالية. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الجرافين على بعض الخصائص الخاصة ، مثل: يحتوي الجرافين على تأثير هول الكمومي والمغناطيسية الحديدية في درجة حرارة الغرفة.
منذ اكتشاف الجرافين ، يحاول الباحثون العلميون تحضير الجرافين بطرق مختلفة. في الوقت الحاضر ، وفقا لمبدأ التحضير ، يمكن تقسيمه إلى طرق فيزيائية وطرق كيميائية. يمكن تقسيم الطريقة المادية ، أي طريقة التقشير الميكانيكي ، إلى طريقة تقشير ميكانيكية دقيقة وطريقة تقشير بالمذيبات. تشتمل الطرق الكيميائية بشكل أساسي على طريقة تقليل أكسيد الجرافيت وطريقة تحلل كروم حراري وطريقة ترسيب بخار كيميائي (CVD).
اليوم ، اجتذب إعداد الجرافين ثلاثي الأبعاد اهتمامًا كبيرًا من الباحثين. عادة ما يتم تصنيع الجرافين ثلاثي الأبعاد بواسطة طريقة المذيبات الحرارية المائية. في هذه العملية ، يضاف عامل اختزال إلى المذيب لتقليل أكسيد الجرافيت عند درجة حرارة معينة ، بحيث يكون للجرافين المركب انخفاض في التبلور وانكماش الحجم. أنها عرضة للتعرية والغلة ليست عالية. تم الإبلاغ أيضًا عن طريقة لتجفيف الجرافين بالتجميد للحصول على الجرافين ثلاثي الأبعاد ، ولكن لا يتم إذابة الجرافين بسهولة في مذيب ، وبالتالي يحدث التكتل.
يوفر الاختراع طريقة لتحضير الجرافين الإسفنجي بطريقة التجفيف بالتجميد. إن الجرافين الذي تم الحصول عليه بواسطة هذه الطريقة مسامي ويحتوي على مساحة كبيرة محددة من السطح ، وله شكل إسفنج ثلاثي الأبعاد ، وكثافة منخفضة ، وبنية خفيفة للغاية ومستقرة ، ويمكن استخدامه كمواد امتصاص وامتداد مواد مركبة للتطبيق.
الجرافين تجميد المعدات مجفف
طريقة لإعداد الجرافين الإسفنجي بطريقة التجفيف بالتجميد ، وتشمل:
(1) المزج بالموجات فوق الصوتية للمواد الخام في حمام جليدي
أضف الجرافيت الطبيعي إلى H2SO4 المركب بالموجات فوق الصوتية في حمام الثلج في 15-60 دقيقة ، ثم أضف NaNO3 ، ثم أضف برمنجنات البوتاسيوم KMnO4 في 15-60 دقيقة ، انتظر إضافة برمنجنات البوتاسيوم ، ابدأ التفاعل ، 0.5-1h ، تأكد من أن درجة الحرارة من النظام ليس أعلى من 10 ℃ للحصول على حل مختلط ؛
(2) أكسدة المواد الخام في حمام مائي
يقلب الخليط أعلاه في حمام مائي عند درجة حرارة 30-35 درجة مئوية لمدة تتراوح بين 0.5 و 1.5 ساعة ، ويضاف الماء منزوع الأيونات إلى الخليط ، ويتم تسخينه إلى 95-100 درجة مئوية ، ويستمر التحريك لمدة 20-30 دقيقة ، ثم الماء منزوع الأيونات وبروكسيد الهيدروجين تتم إضافة حتى يصبح المحلول صفراء زاهية ، ولم يتم إنشاء فقاعات (للحصول على أكسيد الجرافيت) ، ثم يتم فصلها وغسلها وتجفيفها بالتجميد وتعريضها للتعرية الحرارية المنخفضة الضغط للحصول على جرافين إسفنجي. نسبة الجرافيت الطبيعي ، H2SO4 المركزة ، NaNO3 ، وبرمنجنات البوتاسيوم KMnO4 في الخطوة (1) هي 2g: 50ml: 1g: 7g ، أي فائض بسيط من KMnO4 و H2SO4 مركّز ، والجرافيت و KMnO4 يضافان ببطء إلى المركزة H2SO4. والغرض من ذلك هو التأكد من أن الجرافيت مؤكسد بدرجة كافية ومقحم في مرحلة لاحقة.
باستخدام أكسيد الجرافيت كسلائف ، يتم تجفيف المحلول المائي لأكسيد الجرافيت مباشرة للتجميد لضمان بقاء العينة رقيقًا. أخيرًا ، يتم تجريد أكسيد الجرافيت الإسفنجي وتقليله بواسطة الحرارة المنخفضة الضغط للحصول على الجرافين الإسفنجي. في هذه العملية ، يجب ضبط درجة الحرارة والضغط والوقت فقط. يمكن الحصول على الجرافين الإسفنجي ذو أشكال وخصائص مختلفة باستخدام معلمات أخرى ، ولا يتم استخدام أي عامل لتقليل المواد الكيميائية السامة ، والذي يتجنب التلوث البيئي ويسهل تحقيق الإنتاج الضخم.
LTPM الصين المصنعين الجرافين تجميد حالة المجففة!
مزايا lyophilizers لإعداد الجرافين:
(1) يكون الجرافين الذي تم الحصول عليه مساميًا وله مساحة كبيرة محددة من السطح ، ويظهر على شكل إسفنج ثلاثي الأبعاد ، وكثافة منخفضة ، وخفيف للغاية ومستقر من الناحية الهيكلية ، ويمكن استخدامه كمادة ماصة ومادة مركبة ، توسيع احتمال تطبيقه ؛
(2) عن طريق تغيير معلمات رد الفعل في مراحل التجفيف بالتجميد بالضغط الفراغي والضغط المنخفض للضغط ، يمكن تغيير الشكل المجهري ، والبنية المجهرية ، والموصلية وخصائص الامتصاص في الجرافين الإسفنجي ثلاثي الأبعاد ؛
(3) عملية الإعداد بسيطة وسهلة التشغيل ، ودورة الإعداد قصيرة وسريعة وفعالة ؛
(4) المواد الخام المستخدمة مصدرها على نطاق واسع ومنخفضة التكلفة. إنها صديقة للبيئة وذات كفاءة في استخدام الطاقة ، ويمكن تطبيقها.
حالة من الجرافين الأبيض مجفف بالتجميد التي تنتجها LTPM الصين
