Syntese af Graphene Nanofluids med kontrollerbar flake Størrelsesfordelinger
Summary
En metode til syntese Graphene nanofluider med kontrollerbar flake størrelsesfordelinger er præsenteret.
Abstract
En metode til syntese Graphene nanofluider med kontrollerbar flake størrelsesfordelinger er præsenteret. Graphene nanoflakes kan opnås ved eksfoliering af grafit i den flydende fase, og eksfoliering tid bruges til at styre de nedre grænser for Graphene nanoflake størrelsesfordelinger. Centrifugering bruges med succes til at styre de øvre grænser for nanoparti størrelsesfordelinger. Formålet med dette arbejde er at kombinere eksfoliering og centrifugering til at kontrollere Graphene nanoflake størrelsesfordelinger i de resulterende suspensioner.
Introduction
Traditionelle metoder, der anvendes til at syntetisere Graphene nanofluider bruger ofte sonikering til at sprede Graphene pulver1 i væsker, og sonikering har vist sig at ændre størrelsesfordelingen af Graphene nanopartikler2. Da den termiske ledningsevne Graphene afhænger af flake længde3,4, syntesen af Graphene nanofluider med kontrollerbar flake størrelsesfordelinger er afgørende for varmeoverførsel applikationer. Kontrolleret centrifugering er blevet anvendt med succes på flydende eksfolierede Graphene dispersioner for at adskille suspensioner i fraktioner med forskellige gennemsnitlige flake størrelser5,6. Forskellige Terminal hastigheder, der anvendes ved centrifugering, fører til forskellige kritiske partikelstørrelser7. Den terminale hastighed kan anvendes til at eliminere store Graphene nanopartikler8.
For nylig er der indført størrelses kontrollerbare metoder til at syntetisere Graphene via flydende fase eksfoliering for at overvinde de grundlæggende problemer, som konventionelle metoder9,10,11, 12,13. Flydende fase eksfoliering af grafit har vist sig at være en effektiv måde at producere Graphene suspensioner14,15,16, og den underliggende mekanisme viser, at procesparametrene er relateret til nedre grænser for Graphene nanopartikler størrelsesfordelinger. Graphene nanofluider blev syntetiseret af den flydende eksfoliering af grafit ved hjælp af overfladeaktive stoffer17. Mens de nedre grænser for Graphene nanopartikel størrelsesfordeling kunne styres ved at justere parametrene under eksfoliering, mindre opmærksomhed er betalt til de øvre grænser for Graphene nanopartikel størrelsesfordeling.
Målet med dette arbejde er at udvikle en protokol, der kan bruges til at syntetisere Graphene nanofluider med kontrollerbar flake størrelsesfordelinger. Da eksfoliering kun er ansvarlig for den nedre grænse for den resulterende Graphene nanoflakes, introduceres yderligere centrifugering for at kontrollere den øvre størrelsesgrænse for den resulterende Graphene nanoflakes. Den foreslåede metode er imidlertid ikke specifik for Graphene og kan være hensigtsmæssig for andre lagdelte forbindelser, der ikke kan syntetiseres ved hjælp af traditionelle metoder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har foreslået en metode til syntese af Graphene nanofluider med kontrollerbar flake størrelsesfordelinger. Metoden kombinerer to procedurer: eksfoliering og centrifugering. Eksfoliering kontrollerer nanopartiklenes nedre størrelsesgrænse, og Centrifugerings kontrol styrer nanopartiklenes øvre størrelsesgrænse.
Selv om vi beskæftigede flydende fase eksfoliering af grafit til fremstilling af Graphene nanopartikler, bør følgende ændringer af protokollen overvejes. Yderligere eksfota…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af national Nature Science Foundation i Kina (Grant No. 21776095), Guangzhou videnskab og teknologi Key program (Grant No. 201804020048), og Guangdong Key Laboratory af Clean Energy Technology (Grant No. 2008A060301002). Vi takker LetPub (www.letpub.com) for sin sproglige bistand under forberedelsen af dette manuskript.
Materials
| Beaker | China Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd. | 500 mL | |
| Beaker | China Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd. | 5000 mL | |
| Deionized water | Guangzhou Yafei Water Treatment Equipment Co., Ltd. | analytical grade | |
| Electronic balance | Shanghai Puchun Co., Ltd. | JEa10001 | |
| Filter membrane | China Tianjin Jinteng Experiment Equipments Co., Ltd. | 0.2 micron | |
| Graphite powder | Tianjin Dengke chemical reagent Co., Ltd. | analytical grade | |
| Hand gloves | China Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd. | ||
| Laboratory shear mixer | Shanghai Specimen and Model Factory | jrj-300 | |
| Long neck flat bottom flask | China Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd. | 1000 ml | |
| Nanoparticle analyzer | HORIBA, Ltd. | SZ-100Z | |
| PVA | Shanghai Yingjia Industrial Development Co., Ltd. | 1788 | analytical grade |
| Raman spectrophotometer | HORIBA, Ltd. | Horiba LabRam 2 | |
| Scanning electron microscope | Zeiss Co., Ltd. | LEO1530VP | SEM |
| Surgical mask | China Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd. | for one-time use | |
| Thermal Gravimetric Analyzer | German NETZSCH Co., Ltd. | NETZSCH TG 209 F1 Libra | TGA analysis |
| Transmission electron microscope | Japan Electron Optics Laboratory Co., Ltd. | JEM-1400plus | TEM |
| UV-Vis spectrophotometer | Agilent Technologies, Inc.+BB2:B18 | Varian Cary 60 |
Try the professional online HTML editor
References
- Sadeghinezhad, E., et al. A comprehensive review on graphene nanofluids: Recent research, development and applications. Energy Conversion and Management. 111, 466-487 (2016).
- Wang, W., et al. Highly Efficient Production of Graphene by an Ultrasound Coupled with a Shear Mixer in Supercritical CO2. Industrial & Engineering Chemistry Research. 57 (49), 16701-16708 (2018).
- Cao, H. Y., Guo, Z. X., Xiang, H., Gong, X. G. Layer and size dependence of thermal conductivity in multilayer graphene nanoribbons. Physics Letters A. 376 (4), 525-528 (2012).
- Yang, N., et al. Design and adjustment of the graphene work function via size, modification, defects, and doping: a first-principle theory study. Nanoscale Research Letters. 12, (2017).
- Khan, U., et al. Size selection of dispersed, exfoliated graphene flakes by controlled centrifugation. Carbon. 50 (2), 470-475 (2012).
- Smith, R. J., King, P. J., Wirtz, C., Duesberg, G. S., Coleman, J. N. Lateral size selection of surfactant-stabilised graphene flakes using size exclusion chromatography. Chemical Physics Letters. 531, 169-172 (2012).
- Galvin, K. P., Pratten, S. J., Nicol, S. K. Dense medium separation using a teetered bed separator. Minerals Engineering. 12 (9), 1059-1081 (1999).
- Cai, C. J., Sang, N. N., Shen, Z. G., Zhao, X. H. Facile and size-controllable preparation of graphene oxide nanosheets using high shear method and ultrasonic method. Journal of Experimental Nanoscience. 12 (1), 247-262 (2017).
- Chen, L. X., et al. Oriented graphene nanoribbons embedded in hexagonal boron nitride trenches. Nature Communications. 8, (2017).
- Fan, T. J., et al. Controllable size-selective method to prepare graphene quantum dots from graphene oxide. Nanoscale Research Letters. 10, 1-8 (2015).
- Oikonomou, A., et al. Scalable bottom-up assembly of suspended carbon nanotube and graphene devices by dielectrophoresis. Physica Status Solidi-Rapid Research Letters. 9 (9), 539-543 (2015).
- Liu, Y., Zhang, D., Pang, S. W., Liu, Y. Y., Shang, Y. Size separation of graphene oxide using preparative free-flow electrophoresis. Journal of Separation Science. 38 (1), 157-163 (2015).
- Cui, C. N., Huang, J. T., Huang, J. H., Chen, G. H. Size separation of mechanically exfoliated graphene sheets by electrophoresis. Electrochimica Acta. 258, 793-799 (2017).
- Sun, Z. Y., et al. High-yield exfoliation of graphite in acrylate polymers: A stable few-layer graphene nanofluid with enhanced thermal conductivity. Carbon. 64, 288-294 (2013).
- Sun, Z. Y., et al. Amine-based solvents for exfoliating graphite to graphene outperform the dispersing capacity of N-methyl-pyrrolidone and surfactants. Chemical Communications. 50 (72), 10382-10385 (2014).
- Du, B. L., Jian, Q. F. Size controllable synthesis of graphene water nanofluid with enhanced stability. Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures. 27 (1), 87-96 (2019).
- Tao, H. C., et al. Scalable exfoliation and dispersion of two-dimensional materials – an update. Physical Chemistry Chemical Physics. 19 (2), 921-960 (2017).
- Phiri, J., Gane, P., Maloney, T. C. High-concentration shear-exfoliated colloidal dispersion of surfactant-polymer-stabilized few-layer graphene sheets. Journal of Materials Science. 52 (13), 8321-8337 (2017).
