Syntes av Grafennanofluider med kontrollerbara Flingstorleks fördelningar
Summary
En metod för att syntetisera grafen nanofluider med kontrollerbara flingstorleks fördelningar presenteras.
Abstract
En metod för att syntetisera grafen nanofluider med kontrollerbara flingstorleks fördelningar presenteras. Grafen grafen kan erhållas genom exfoliering av grafit i vätskefasen, och exfoliering tid används för att kontrollera de lägre gränserna för grafen nanoflake storleks fördelningar. Centrifugering används framgångsrikt för att kontrollera de övre gränserna för nanopartikel storleks fördelningarna. Syftet med detta arbete är att kombinera exfoliering och centrifugering för att kontrollera storleken på grafennanofasjön i de resulterande upphängningarna.
Introduction
Traditionella metoder som används för att syntetisera grafen nanofluider använder ofta ultraljudsbehandling för att skingra grafen pulver1 i vätskor, och ultraljudsbehandling har visat sig ändra storleksfördelningen av grafen nanopartiklar2. Eftersom värmeledningsförmåga grafen beror på flingan längd3,4, är syntesen av grafen nanofluider med kontrollerbara flinga storlek distributioner avgörande för värme-överföring applikationer. Kontrollerad centrifugering har framgångsrikt tillämpats på flytande exfolierad grafendispersioner för att separera suspensioner i fraktioner med olika medel flingstorlekar5,6. Olika Terminal hastigheter som används i centrifugering leda till olika kritiska sedimentering partikelstorlekar7. Den terminala hastigheten kan användas för att eliminera stora grafen nanopartiklar8.
Nyligen har storleks-kontrollerbara metoder som används för att syntetisera grafen via flytande fas exfoliering införts för att övervinna de grundläggande problem som möter konventionella metoder9,10,11, 12,13. Flytande fas exfoliering av grafit har visat sig vara ett effektivt sätt att producera Grafenet suspensioner14,15,16, och den underliggande mekanismen visar att processparametrarna är relaterade till lägre gränser för Grafenet nanopartiklar storleks fördelningar. Grafen nanofluider var syntetiseras av flytande exfoliering av grafit med hjälp av tensider17. Även om de nedre gränserna för grafen nanopartiklar storleksfördelning kan styras genom att justera parametrarna under exfoliering, mindre uppmärksamhet ägnas åt de övre gränserna för grafen nanopartikel storleksfördelning.
Målet med detta arbete är att utveckla ett protokoll som kan användas för att syntetisera grafen nanofluider med kontrollerbara flingstorleks fördelningar. Eftersom exfoliering är ansvarig endast för den nedre storleksgränsen för den resulterande grafen nanoflakes, införs ytterligare centrifugering för att kontrollera den övre storleksgränsen för den resulterande grafen nanoflakes. Den föreslagna metoden är dock inte specifik för grafen och kan vara lämplig för alla andra skiktade föreningar som inte kan syntetiseras med traditionella metoder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har föreslagit en metod för att syntetisera grafennanofluider med kontrollerbara flingstorleks fördelningar. Metoden kombinerar två procedurer: peeling och centrifugering. Exfoliering styr den undre storleksgränsen för nanopartiklarna, och centrifugering styr den övre storleksgränsen för nanopartiklarna.
Även om vi använde flytande fas peeling av grafit för att producera grafen nanopartiklar, bör följande ändringar i protokollet övervägas. Ytterligare exfolieringsparametrar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Nature Science Foundation i Kina (Grant nr 21776095), Guangzhou Science and Technology Key program (Grant No. 201804020048), och Guangdong Key laboratorium för ren energiteknik (Grant No. 2008A060301002). Vi tackar LetPub (www.letpub.com) för dess språkliga hjälp under utarbetandet av detta 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).
