संश्लेषण और 3 डी नैनो के graphene सामग्री की functionalization: ग्राफीन Aerogels और ग्राफीन मैक्रो विधानसभाओं
Summary
This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.
Abstract
तीन आयामी अखंड संरचनाओं में graphene के इकट्ठा करने के प्रयासों को उच्च लागत और ग्राफीन के गरीब प्रोसेस द्वारा बाधा उत्पन्न कर दिया है। इसके अतिरिक्त, सबसे graphene के विधानसभाओं एक साथ उनके यांत्रिक शक्ति और चालकता की सीमा जो शारीरिक बातचीत (जैसे, वान डर वाल्स बल) के बजाय रासायनिक बांड के माध्यम से आयोजित की जाती हैं की सूचना दी। यह वीडियो विधि विवरण हाल ही में बहुलक फोम या एकल परत graphene ऑक्साइड या तो से निकाली गई जन-उत्पाद्य, ग्राफीन आधारित थोक माल बनाना करने के लिए रणनीति विकसित की है। इन सामग्रियों को मुख्य रूप से covalently बाध्य कार्बन linkers के माध्यम से जुड़े व्यक्ति को पत्रक graphene से मिलकर बनता है। वे ऐसे ट्यून करने योग्य ताकना आकृति विज्ञान और असाधारण यांत्रिक शक्ति और लोच के साथ संयुक्त उच्च सतह क्षेत्र और उच्च विद्युत और तापीय चालकता, के रूप में ग्राफीन की अनुकूल गुणों को बनाए रखने। यह लचीला कृत्रिम विधि बहुलक / कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) एक का निर्माण करने के लिए बढ़ाया जा सकता हैडी बहुलक / graphene के ऑक्साइड (जाओ) मिश्रित सामग्री। इसके अलावा, anthraquinone साथ अतिरिक्त पद सिंथेटिक functionalization supercapacitor अनुप्रयोगों में प्रभारी भंडारण प्रदर्शन में एक नाटकीय वृद्धि के लिए सक्षम बनाता है, जो वर्णन किया गया है।
Introduction
2004 में ग्राफीन की अलगाव के बाद से, अपने विशिष्ट गुणों के दोहन में एक ब्याज व्यक्तिगत graphene चादरों के गुणों को बनाए रखने कि तीन आयामी, अखंड संरचनाओं में कोडांतरण है graphene की ओर निर्देशित तीव्र प्रयास करने के लिए प्रेरित किया है। 2-5 इन प्रयासों के द्वारा बाधा उत्पन्न की गई है graphene के ही महंगा है और समय का उत्पादन करने के लिए लगता है और ग्राफीन इमारत ब्लॉकों पर आधारित सामग्री के scalability की सीमा समाधान है, जो में कुल करने के लिए जाता है कि तथ्य यह है। इसके अतिरिक्त, graphene विधानसभाओं आम तौर पर बहुत कम प्रवाहकीय और रासायनिक बंधन पार से लिंक से यंत्रवत् मजबूत कर रहे हैं, जो अलग-अलग graphene चादरें के बीच शारीरिक पार से जोड़ने की बातचीत (जैसे, वान डेर दीवारों बलों), के शामिल हैं। लॉरेंस लिवरमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला में 1980 के दशक के बाद से उपन्यास झरझरा, कम घनत्व कार्बन सामग्री के विकास में शामिल किया गया है। 6 कई रणनीतियों बड़े पैमाने पर उत्पादों होगा निर्माण करने के लिए पहचान की गई हैgraphene के स्थूल कहा जाता है, जो (जाओ) चादरें, graphene के aerogels कहा जाता है जो कम लागत बहुलक व्युत्पन्न कार्बन फोम (गैस), 7 दोनों से के रूप में अच्छी तरह के रूप में graphene ऑक्साइड के प्रत्यक्ष पार से जोड़ने के द्वारा CIBLE ग्राफीन आधारित अखंड थोक माल विधानसभाओं (GMAs)। 8,9 ये अति उच्च सतह क्षेत्र थोक माल उच्च विद्युत और तापीय चालकता, असाधारण यांत्रिक शक्ति और लोच, और ट्यून करने योग्य ताकना morphologies है। गैस और GMAs इलेक्ट्रोड supercapacitors में सामग्री और रिचार्जेबल बैटरी, उन्नत उत्प्रेरक का समर्थन करता है, Adsorbents, थर्मल इन्सुलेशन, सेंसर, और desalinization सहित कई अनुप्रयोगों में उपयोगिता पाया है। 10
graphene के aerogels के संश्लेषण अत्यधिक पार से जुड़े जैविक जैल उत्पन्न करने के लिए resorcinol और formaldehyde के एक जलीय समाधान के प जेल polymerization के साथ शुरू होता है। ये जैल एक मैं में तो सुपरक्रिटिकल सीओ 2 का उपयोग सूखे, पानी और एसीटोन से धोया और pyrolyzed रहे हैंnert माहौल अपेक्षाकृत कम सतह क्षेत्र और ताकना मात्रा के साथ कार्बन aerogels देने के लिए। कार्बन aerogels (सीओ 2) जैसे उच्च सतह क्षेत्र और खुला ताकना आकृति विज्ञान के साथ दोनों अनाकार कार्बन और ग्रेफाइट nanoplatelets से बना एक पार से जुड़े सामग्री, फार्म को हल्के ऑक्सीकरण शर्त के तहत कार्बन परमाणुओं की नियंत्रित हटाने से सक्रिय कर रहे हैं। 7 एक अनूठा लाभ की प-जेल संश्लेषण गैस आवेदन की जरूरतों पर निर्भर करता है, रूपों, सहित monoliths और पतली फिल्मों की एक किस्म में गढ़े जा सकता है। कार्बन नैनोट्यूब 11 और / या पत्रक graphene 12 प जेल अग्रदूत समाधान में इन additives सहित द्वारा गैस में एकीकृत किया जा सकता है। इस additive प्राथमिक कार्बन नेटवर्क संरचना का एक हिस्सा बन जाता है जिसमें समग्र संरचना उत्पन्न करता है। इसके अतिरिक्त, जीए ढांचे जलकर / सक्रियता के बाद या तो airgel सतह के संशोधन के माध्यम से या सामग्री के बयान के माध्यम से क्रियाशील किया जा सकता है,उदाहरण के लिए उत्प्रेरक के ढांचे संरचना पर, नैनोकणों। 13
ग्राफीन मैक्रो-विधानसभाओं (GMAs) द्वारा तैयार हैं सीधे पार से जोड़ने को निलंबित कर दिया है graphene ऑक्साइड (जाओ) चादरें, अपने निहित रासायनिक कार्यक्षमता का लाभ ले रही है। 9 जाओ शीट के रूप में सेवा कर सकते हैं कि epoxide और हाइड्रॉक्साइड moieties सहित कार्य समूहों की एक किस्म के होते हैं, रासायनिक पार से जोड़ने साइटों। जीए तैयारी में है, तो विधानसभा के लिए संरचनात्मक समर्थन प्रदान करते हैं कि प्रवाहकीय कार्बन पुलों में रासायनिक पार से लिंक को कम करने के लिए pyrolized, GMAs supercritically झरझरा नेटवर्क की रक्षा करने के सूख रहे हैं इकट्ठे हुए। कारण graphene चादरें के बीच सहसंयोजक कार्बन पुलों के लिए, GMAs शारीरिक पार से जोड़ने के साथ बनाई है graphene विधानसभाओं से अधिक परिमाण के आदेश हैं कि विद्युत चालकता और यांत्रिक कठोरता है। इसके अतिरिक्त, GMAs एक भी graphene चादर के सैद्धांतिक मूल्य के करीब पहुंच सतह क्षेत्रों की है। पोस्ट-सिंथेटिक थर्मल टीऊंचा तापमान (> 1,050 डिग्री सेल्सियस) में काफी करने के लिए भी उच्च चालकता और यंग moduli के साथ-साथ बेहतर थर्मल ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्रमुख, GMAs की स्फटिकता सुधार कर सकते हैं। इस तरह के रूप redox सक्रिय कार्बनिक अणुओं के साथ GMAs की 14 पोस्ट-सिंथेटिक रासायनिक उपचार पर reatment anthraquinone supercapacitor अनुप्रयोगों में प्रभारी भंडारण क्षमता बढ़ा सकते हैं। 15
गैस और GMAs की ट्यून करने योग्य सामग्री गुण भाग में, इस तरह के अभिकर्मक और उत्प्रेरक सांद्रता, इलाज समय और तापमान, सूखे की स्थिति, और जलकर / सक्रियण प्रक्रियाओं के रूप में ध्यान से बदलती कृत्रिम परिस्थितियों का परिणाम। 16 यह विस्तृत वीडियो प्रोटोकॉल अस्पष्टता को हल करना है, कर रहे हैं प्रकाशित तरीकों में, और सामग्री और शर्तों को पुन: पेश करने के लिए प्रयास शोधकर्ताओं मार्गदर्शन करने के लिए।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह यहां उल्लिखित प्रक्रियाओं ही प्रतिनिधि हैं कि नोट के लिए महत्वपूर्ण है। कई समायोजन एक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए धुन सामग्री के लिए संभव हो रहे हैं। उदाहरण के लिए, resorcinol / formaldehyde (आरएफ) अनुपात निरंतर रखते ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by Lawrence Livermore National Laboratory under Contract DE-AC52-07NA27344. IM release LLNL-JRNL-667016.
Materials
| Single Layer Graphene Oxide | Cheap Tubes | n/a | 300-800nm XY dimensions |
| single wall carbon nano tubes (SWCNTs) | Carbon Solutions | P2-SWNT | |
| resorcinol | aldrich | 398047-500G | |
| 37% formaldehyde solution in water | aldrich | 252549 | |
| acetic acid | aldrich | 320099 | |
| ammonium hydroxide solution 28-30% NH3 basis | aldrich | 320145 | |
| sodium carbonate | aldrich | 791768 | |
| anthraquinone | aldrich | a90004 | |
| Polaron supercritical dryer | Electron Microscopy Sciences | EMS 3100 | this is a representative model, any critical point dryer compatible with acetone should work |
Referências
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