Synthese van Grafeennano vloeistoffen met bestuurbare vlok grootte verdelingen
Summary
Een methode voor het synthetiseren van grafeennano vloeistoffen met regelbare vlok grootte verdelingen wordt gepresenteerd.
Abstract
Een methode voor het synthetiseren van grafeennano vloeistoffen met regelbare vlok grootte verdelingen wordt gepresenteerd. Grafeen nano vlokken kunnen worden verkregen door de exfoliëring van grafiet in de vloeibare fase, en de exfoliatie tijd wordt gebruikt om de ondergrens van de grafeen nano Flake-grootte verdelingen te beheersen. Centrifugeren wordt met succes gebruikt om de bovengrens van de grootte verdelingen van nanodeeltjes te regelen. Het doel van dit werk is het combineren van exfoliatie en centrifugeren om de grootte verdelingen van de grafeen nano flake in de resulterende suspensies te controleren.
Introduction
Traditionele methoden die worden gebruikt voor het synthetiseren van grafeennano vloeistoffen gebruiken vaak sonicatie om grafeen poeder1 in vloeistoffen te dispergeren, en sonicatie heeft bewezen de grootteverdeling van grafeen nanodeeltjes2te veranderen. Aangezien de thermische geleidbaarheid van grafeen afhangt van de Vlok lengte3,4, is de synthese van grafeennano vloeistoffen met bestuurbare vlok grootte verdelingen van vitaal belang voor warmteoverdrachts toepassingen. Gecontroleerde centrifugeren is met succes toegepast op vloeibare geëxtreerde grafeen dispersies om suspensies te scheiden in fracties met verschillende gemiddelde vlok grootten van5,6. Verschillende Terminal snelheden gebruikt bij centrifugeren leiden tot verschillende kritische bezinkings grootten7. De terminale snelheid kan worden gebruikt voor het elimineren van grote grafeen nanodeeltjes8.
Onlangs, maat-controleerbaar methoden gebruikt voor het synthetiseren van grafeen via vloeistof-fase exfoliatie zijn geïntroduceerd om te overwinnen van de fundamentele problemen die worden ondervonden door conventionele methoden9,10,11, 12,13. Het is bewezen dat de vloeibare fase exfoliëring van grafiet een effectieve manier is om grafeen suspensies14,15,16te produceren, en het onderliggende mechanisme laat zien dat de procesparameters verband houden met de lagere limieten van de grootte verdelingen van de grafeen nanodeeltjes. De grafeennano vloeistoffen werden gesynthetiseerd door de vloeibare exfoliatie van het grafiet met behulp van oppervlakteactieve stoffen17. Terwijl de ondergrens van de verdeling van de grafeennanoparticle-grootte kan worden geregeld door de parameters tijdens de peeling aan te passen, wordt minder aandacht besteed aan de bovengrens van de grootteverdeling van de grafeen nanodeeltjes.
Het doel van dit werk is het ontwikkelen van een protocol dat kan worden gebruikt voor het synthetiseren van grafeennano vloeistoffen met bestuurbare vlok grootte verdelingen. Omdat exfoliatie alleen verantwoordelijk is voor de ondergrens van de resulterende grafeen nano vlokken, wordt extra centrifugeren geïntroduceerd om de bovengrens van de resulterende grafeen nano vlokken te beheersen. De voorgestelde methode is echter niet specifiek voor grafeen en kan geschikt zijn voor andere gelaagde verbindingen die niet kunnen worden gesynthetiseerd met behulp van traditionele methoden.
Protocol
Representative Results
Discussion
We hebben een methodologie voorgesteld voor het synthetiseren van grafeennano vloeistoffen met bestuurbare vlok grootte verdelingen. De methode combineert twee procedures: exfoliatie en centrifugeren. Exfoliatie regelt de ondergrens van de nanodeeltjes en centrifugeren regelt de bovengrens van de nanodeeltjes.
Hoewel we in vloeibare fase exfoliatie van grafiet hebben gebruikt om grafeen nanodeeltjes te produceren, moeten de volgende wijzigingen in het protocol worden overwogen. Aanvullende exf…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de National Nature Science Foundation of China (Grant No. 21776095), het Guangzhou Science and Technology Key-programma (Grant No. 201804020048) en het Guangdong Key Laboratory voor schone energietechnologie (Grant No. 2008A060301002). Wij danken LetPub (www.letpub.com) voor haar taalkundige hulp bij de voorbereiding van dit manuscript.
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).
