วิธีการเตรียมกราฟีนเป็นรูพรุนโดยเครื่องทำแห้งแช่แข็ง

กราฟีนเป็นวัสดุนาโนแบบแลตทิซที่มีโครงสร้างเป็นโครงรังผึ้งสองมิติ ซึ่งเกิดขึ้นจากการผสมอะตอมของคาร์บอนอย่างใกล้ชิดในโหมด sp2 ไฮบริดนับตั้งแต่การค้นพบในปี 2547 กราฟีนได้ดึงดูดความสนใจของนักวิจัยด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่ยอดเยี่ยมได้กลายเป็นจุดสนใจด้านการวิจัยอย่างรวดเร็วในด้านเคมีกายภาพ พลังงานวัสดุ วิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต และเทคโนโลยีสารสนเทศโครงสร้างชั้นแบบโมโนอะตอมมิกแบบพิเศษของกราฟีนให้พื้นที่ผิวจำเพาะที่ใหญ่มาก และการผสมแบบ sp2 ให้คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมายและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่ยอดเยี่ยมในแง่ของคุณสมบัติทางกล มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูงในคุณสมบัติทางความร้อนนั้นมีค่าการนำความร้อนสูงในแง่ของคุณสมบัติทางไฟฟ้าจะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงนอกจากนี้ กราฟีนยังมีคุณสมบัติพิเศษบางอย่าง เช่น: กราฟีนมีเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์และเฟอโรแมกเนติกที่อุณหภูมิห้อง

นับตั้งแต่การค้นพบกราฟีน นักวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้พยายามเตรียมกราฟีนด้วยวิธีการต่างๆปัจจุบันตามหลักการเตรียมการสามารถแบ่งออกได้เป็นวิธีการทางกายภาพและทางเคมีวิธีการทางกายภาพ กล่าวคือ วิธีการลอกผิวด้วยเครื่องกล สามารถแบ่งออกเป็นวิธีการปอกเปลือกด้วยเครื่องกลขนาดเล็กและวิธีการลอกด้วยตัวทำละลายวิธีการทางเคมีส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีการลดกราไฟท์ออกไซด์ วิธี SiC การสลายตัวทางความร้อน และวิธีการสะสมไอเคมี (CVD)

วันนี้ การเตรียมกราฟีนสามมิติได้รับความสนใจอย่างมากจากนักวิจัยกราฟีนสามมิติมักจะถูกสังเคราะห์โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอล-ตัวทำละลายในขั้นตอนนี้ สารรีดิวซ์จะถูกเติมลงในตัวทำละลายเพื่อลดกราไฟท์ออกไซด์ที่อุณหภูมิหนึ่ง เพื่อให้กราฟีนสังเคราะห์มีความเป็นผลึกและการหดตัวของปริมาตรต่ำมีแนวโน้มที่จะผูกเป็นปมและให้ผลผลิตไม่สูงนอกจากนี้ยังมีรายงานวิธีการทำกราฟีนที่ทำให้แห้งด้วยการเยือกแข็งเพื่อให้ได้กราฟีนสามมิติ แต่กราฟีนไม่สามารถละลายได้ง่ายในตัวทำละลาย ดังนั้นจึงเกิดการเกาะตัวเป็นก้อน

การประดิษฐ์จัดให้มีวิธีการสำหรับการเตรียมกราฟีนที่เป็นรูพรุนโดยวิธีการทำแห้งเยือกแข็งกราฟีนที่ได้จากวิธีการนี้มีรูพรุนและมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ มีรูปร่างฟองน้ำสามมิติ ความหนาแน่นต่ำ โครงสร้างเบาเป็นพิเศษและมีเสถียรภาพ และสามารถใช้เป็นวัสดุดูดซับและวัสดุคอมโพสิตขยายการใช้งานได้

อุปกรณ์เครื่องทำแห้งแบบกราฟีน

วิธีการเตรียมกราฟีนเป็นรูพรุนโดยวิธีการทำแห้งเยือกแข็ง ประกอบรวมด้วย:

(1) การผสมอัลตราโซนิกของวัตถุดิบในอ่างน้ำแข็ง

เพิ่มแกรไฟต์ธรรมชาติลงในอ่างน้ำแข็งอัลตราโซนิกเข้มข้น H2SO4 ใน 15-60 นาที จากนั้นเติม NaNO3 จากนั้นเพิ่มโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO4 ใน 15-60 นาที รอให้โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตเพิ่ม เริ่มปฏิกิริยา 0.5-1 ชั่วโมง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุณหภูมิ ของระบบไม่เกิน 10 ℃ เพื่อให้ได้สารละลายผสม

(2) การเกิดออกซิเดชันของวัตถุดิบในอ่างน้ำ

ผสมส่วนผสมข้างต้นในอ่างน้ำที่อุณหภูมิ 30-35℃ เป็นเวลา 0.5-1.5 ชั่วโมง เติมน้ำปราศจากไอออนลงในส่วนผสม ให้ความร้อนที่ 95-100℃ กวนต่อเนื่องเป็นเวลา 20-30 นาที จากนั้นให้น้ำปราศจากไอออนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เติมจนสารละลายเปลี่ยนเป็นสีเหลืองสดใส ไม่มีการสร้างฟองอากาศ (เพื่อให้ได้กราไฟต์ออกไซด์) จากนั้นจึงแยก ล้าง แห้งเยือกแข็ง และผ่านการปอกด้วยความร้อนแรงดันต่ำเพื่อให้ได้กราฟีนที่เป็นรูพรุนอัตราส่วนของกราไฟท์ธรรมชาติ H2SO4 เข้มข้น NaNO3 และโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO4 ในขั้นตอนที่ (1) คือ 2g: 50ml: 1g: 7g นั่นคือ KMnO4 ที่มากเกินไปเล็กน้อยและ H2SO4 เข้มข้น และกราไฟต์และ KMnO4 จะถูกเติมอย่างช้าๆ H2SO4 เข้มข้นจุดประสงค์คือเพื่อให้แน่ใจว่ากราไฟท์ถูกออกซิไดซ์เพียงพอและมีการแทรกสอดในระยะต่อมา

การใช้กราไฟท์ออกไซด์เป็นสารตั้งต้น สารละลายที่เป็นน้ำของกราไฟท์ออกไซด์จะถูกทำให้แห้งโดยวิธีเยือกแข็งโดยตรง เพื่อให้แน่ใจว่าตัวอย่างยังคงเป็นปุยสุดท้าย กราไฟท์ออกไซด์ที่เป็นรูพรุนจะถูกดึงออกและลดลงด้วยความร้อนแรงดันต่ำเพื่อให้ได้กราฟีนที่เป็นรูพรุนในขั้นตอนนี้จะต้องปรับอุณหภูมิ ความดัน และเวลาเท่านั้นกราฟีนฟองน้ำที่มีรูปทรงและคุณสมบัติต่างกันสามารถหาได้จากพารามิเตอร์อื่นๆ และไม่มีการใช้สารรีดิวซ์สารเคมีที่เป็นพิษ ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและง่ายต่อการผลิตในปริมาณมาก

LTPM CHINA ผู้ผลิต graphene แช่แข็งแห้ง!

ข้อดีของไลโอฟิไลเซอร์สำหรับการเตรียมกราฟีน:

(1) กราฟีนที่ได้รับมีรูพรุนและมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ แสดงรูปทรงฟองน้ำสามมิติ มีความหนาแน่นต่ำ น้ำหนักเบาเป็นพิเศษและมีความเสถียรทางโครงสร้าง และสามารถใช้เป็นวัสดุดูดซับและวัสดุคอมโพสิตได้ ขยายโอกาสในการสมัคร

(2) โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ปฏิกิริยาของขั้นตอนการทำให้แห้งด้วยการแช่แข็งแบบสุญญากาศและการลดความร้อนด้วยแรงดันต่ำ ทำให้รูปร่างมหภาค โครงสร้างจุลภาค การนำและการดูดซับของกราฟีนรูพรุนสามมิติสามารถเปลี่ยนแปลงได้

(3) ขั้นตอนการเตรียมง่าย ใช้งานง่าย และรอบการเตรียมสั้น รวดเร็ว และมีประสิทธิภาพ

(4) วัตถุดิบที่ใช้มีแหล่งที่มาอย่างแพร่หลายและมีต้นทุนต่ำเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและประหยัดพลังงานและสามารถนำไปใช้ได้

กรณีของกราฟีนสีขาวแห้งที่ผลิตโดย LTPM CHINA