Vísindamenn hafa uppgötvað hvers vegna grafenoxíð brennur ekki bara við háan hita heldur opnar það dyrnar að efnilegri og ódýrri aðferð til að framleiða grafen. Rannsóknin er í tímaritinu Carbon.
Það er meira en áratugur síðan Nóbelsverðlaun voru veitt fyrir tilraunarannsóknir á grafeni, en vísindamenn hafa enn ekki fundið leið til að fá hágæða grafen á stóru svæði sem verður nógu ódýrt, skilvirkt og skalanlegt til að mæta iðnaði. þarfir. Minnkun á grafeni úr grafenoxíði með leysigeislun virðist vera vænleg nálgun: Með því að nota efnafræðilegar aðferðir til að búa til grafenoxíð úr venjulegu grafíti, lofar leysistýrð afoxunartækni mikið hvað varðar kostnað og efnisgæðastýringu.
Fyrir nokkrum árum uppgötvaði hópur vísindamanna frá Skoltech að hægt er að hita grafenoxíð upp í 3300-3800 K, jafnvel við aðstæður í andrúmslofti, til að framleiða grafen af nokkuð háum gæðum.
Nikita Orekhov sagði: "Þessi niðurstaða kom samstarfsmönnum okkar á óvart: hitastigið var mjög hátt, en þeir fengu vel uppbyggt efni. Kolefnisefni brenna auðveldlega í súrefni andrúmsloftsins við 600-800 K eða hærra, en í tilraunum við hærra hitastig, grafen nær góðum byggingareiginleikum." Nikita Orekhov, aðstoðarforstjóri MIT's Condensed Matter Physics Supercomputer Methods Laboratory, sagði: „Til þess að komast að orsök þessara óvæntu áhrifa ákváðum við að rannsaka lækkunarferlið háhita grafenoxíðs með því að nota ofurtölvu lotukerfislíkön og framkvæma frekari atómlíkön. rannsóknir eftir tilraunahönnun samstarfsmanna okkar."
Undir virkni leysipúlssins "brenna rauðmerktu kolefnisatómin við mörk grafenblaðsins út." B - Í miðsvæði grafenblaðsins á sér stað glæðing: grafeninu er raðað í rétta stöðuga uppbyggingu.
Rannsakendur komust að því að annars vegar við háan hita (T> 3000k) hafa súrefnisatóm í gasumhverfinu samskipti við grafen, oxar það og eyðileggur það. Á hinn bóginn byrjar hröð glæðing kristalgrindarinnar við sama hitastig, sem gerir kleift að útrýma göllum. Við glæðingu réttast grindarbyggingin frekar en sundrast.
Hitastig og I(G)/I(D) hlutfallsferlar rGO fylkisins lækka við mismunandi leysihraða og púlsendurtekningarhraða.
„Það kemur í ljós að tveir andstæðir ferlar eiga sér stað samtímis á mismunandi stöðum í efninu sem verður fyrir leysipúlsum: brennsla eða eyðing safnast nálægt göllum og mörkum grafenblaðanna, þar sem kolefnisatómin hafa virkasta efnavirknina, á meðan þau eru glæðing. á sér fyrst og fremst stað í miðju blaðanna, þar sem atómin hafa tilhneigingu til að snúa aftur í stöðuga stillingu." Stanislav Evlashin, aðalrannsóknarfræðingur hjá Skoltech Center for Materials Technology (CMT).
Niðurstöðurnar varpa ljósi á hvernig grafenoxíð hegðar sér við mikla hitastig, þar sem beinar tilraunir eru nánast ómögulegar. Skilningur á ferlinu sem lýst er í þessari grein getur hjálpað til við að þróa og fínstilla aðferðir til að fá stórt svæði eins kristal hágæða grafen.
Atómbygging (a) og varmaástandskerfi (b) GO. Tímaþróun heildaratómatölu (c), kolefnisatómatölu (d) og súrefnisatómtölu (e) við uppgerð við mismunandi hitastig. Atóm kolefnis, súrefnis og vetnis eru sýnd í bláu, rauðu og gráu, í sömu röð.
Heimild: Mechanism of graphene oxide laser reduction við umhverfisaðstæður: Experimental and ReaxFF study, Carbon (2022). DOI:10.1016/j.carbon.2022.02.018;Stýranleg Laser Reduction of Graphene Oxide Films for Photoelectronic Applications, ACSApplied Materials & Interfaces (2016). DOI:10.1021/acsami.6b10145