АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

А.А. Баранов, А.А. Пасько (г. Тамбов, Российская Федерация)

Способ получения многослойного графена

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»

ул.Советская, д.106, г.Тамбов, Россия, 392000.

тел. +7(4752) 63-92-93

e-mail: nanotam@yandex.ru

За все время, прошедшее с момента открытия самого первого метода получения графена, который был произведен на основе механического расщепления графитовых слоев, усилия ученых исследователей были направлены на развитие совершенно новых более результативных подходов к решению данной задачи.

Предложили способ получения многослойного графена основанного на использовании химических окислителей. Предлагаемый способ является развитием весьма эффективного подхода к проблеме разделения графитовых слоев. Рассматривая этот подход представляется возможным сделать вывод о том, что при воздействии на графит сильных газообразных окислителей, к которым в первую очередь относятся кислород и галогены, происходит окисление внутренних графитовых слоев. В связи с этим происходит увеличение расстояния между слоями в кристалле и как следствие спад энергии взаимодействия между слоями. В результате упрощается задача по разделению графитовых слоев в жидкой фазе, что дает возможность синтезировать образцы оксида графена с поперечным размером порядка сотен микрометров. Восстановление графена из оксида производится при помощи химического воздействия. Например, листы оксида графена, которые получены в результате окисления графита в атмосфере в результате кислорода, восстанавливаются при применении таких восстановителей, как гидразин, водород и т.п.

Этим способом получают окисленный многослойный графен (МГО) в виде чешуек, толщина которых составляет 5 нм. На периферии графеновых слоев чешуйки содержат окисные группы. Это улучшает совместимость с полярными средами, например эпоксидной смолой. Готовый продукт (МГО) выпускают выпускается в виде пасты в воде или органических растворителях с содержанием сухого вещества 2÷10%. В водной среде и в пасте МГО представляет из себя агломерат- слабо связанные чешуйки. Для того чтобы получить однородную водную дисперсию МГО, в которой чешуйки не агломерированы, внедряют добавку поверхностно-активных веществ и обрабатывают ультразвуком или другим диспергирующим устройством. А в полимерах для распределения требуется механическое перемешивание или действие ультразвука.

Если возникает необходимость в удалении с поверхности МГО окисных групп, то применяют воздействие восстановителей.

МГО имеет широкое применение в промышленной отрасли. Например, МГО применяться для упрочнения полимерных композиций, снижения коэффициента трения, повышения износостойкости, для создания электропроводящих, экранирующих и поглощающих электромагнитное излучение материалов.

Многослойный графен- это нанопластинки графита толщиной порядка 3¸5 нм и размером в плоскости от нескольких мкм до десятков мкм. Очевидно, что в каждой пластинке содержится порядка 10¸15 нанографитовых монослоев. МГО на своей поверхности содержит окисные группы, которые в большей мере локализованы по краям пластинок.

Получение многослойного графена включает следующие технологические этапы:

- приготовление безводной серной кислоты;

- подготовка и растворение персульфата аммония в безводной серной кислоте;

- загрузка и затворение графита;

- выдержка интеркалированного соединения графита для расширения;

- гидролиз расширенного соединения графита и выдержка гидролизованного продукта;

- фильтрация и промывка расширенного соединения графита после гидролиза;

- ультразвуковое диспергирование промытого расширенного соединения графита;

- фильтрация, промывка и фасовка готового продукта.

Результаты СЭМ и ПЭМ материала, полученного по предложенному способу, представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Результаты СЭМ и ПЭМ

На сегодняшний день пытаются разработать методы химического модифицирования поверхности графена с помощью внедрения специальных функциональных групп. Данный метод даст возможность привить к поверхности графена электрохимически активных наноразмерных частиц и слоев (полианилина, диоксида марганца, соединений молибдена, возможно, других). Существует несколько подходов обеспечивающих решение этой задачи: исследование реакций, приводящих к изменению природы поверхности графена; в частности, исследование реакций восстановления окисных групп на поверхности графена, реакций прививки различных функциональных групп (органотитанатных, органосилановых, металлоксидных), разработка методов осаждения на поверхности графена электропроводящего полимера (полианилина) и перечисленных неорганических соединений. Это даст возможность создания гибридных источников тока, соединяющих достоинства конденсаторов двойного электрического слоя и химических источников тока с высокой энергоемкостью.

Современные конденсаторы двойного электрического слоя (КДЭС) имеют, как правило, относительно низкие значения удельной энергии. Вследствие этого они не получили широкого применения в промышленности и в целом не удовлетворяют требованиям рынка. Для удовлетворения широких потребностей рынка необходимо увеличение удельной энергии до 20÷ 30 Втч/л, что в 2÷4 раза выше существующих значений (5÷10 Втч/л). Единственное результативное решение данной задачи состоит в увеличении электрической емкости электродов. Для коммерчески выпускаемых суперконденсаторов мирового уровня (компании США, Японии, Южной Корее) электроды изготавливают из высокопористого углеродного порошка с добавлением электропроводящих добавок, полимерного связующего в виде ленты нанесенной на токовый коллектор (алюминиевая фольга). В настоящее время ведутся исследования по поиску принципиально новых материалов и компонентов, которые могут быть применены в качестве электродов и электролитов, а также способов их технологической обработки.

Значительное повышение срока эксплуатации конденсаторов двойного электрического слоя и гибридных источников тока возможно только за счет внедрения новых наноструктурных материалов, в первую очередь графеновых материалов, углеродных нанотрубок и их комбинаций, а также нанокомпозиционных материалов, в которых электропроводящий углеродный наноматериал развитой поверхностью и пористостью является носителем для наноразмерных частиц или слоев электрохимически активных компонентов – электропроводящих полимеров, соединений металлов переменной валентности, металлоидов.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 607 | Нарушение авторских прав