초음파 그래핀 분산

 

소개하다:

초음파 그래핀 분산, 초음파 그래핀 박리라고도 알려진 이 방법은 그래핀 산화물을 환원하는 방법을 초음파 진동과 결합하여 그래핀 산화물의 층간 간격을 효과적으로 증가시킵니다. 층간 간격이 더 큰 그래핀 산화물은 다른 분자, 원자 등을 층간으로 삽입하여 그래핀 산화물 삽입 복합 재료를 형성하기 쉬울 뿐만 아니라 단일 층 그래핀 산화물로 박리하기 쉬워 단일 층 그래핀을 추가로 제조할 수 있는 기반을 마련합니다.

 

 

원칙:

초음파 그래핀 분산 장비는 초음파의 캐비테이션 효과를 이용하여 응집된 입자를 분산시킵니다. 필요한 입자 현탁액(액체)을 초강력 음장에 넣고 적절한 초음파 진폭으로 처리하는 것을 포함합니다. 캐비테이션, 고온, 고압, 마이크로 제트, 강한 진동과 같은 추가 효과 하에서 분자 사이의 거리는 계속 증가하여 궁극적으로 분자 파편화와 단일 분자 구조의 형성으로 이어집니다. 이 제품은 탄소 나노튜브, 그래핀, 실리카 등과 같은 나노물질을 분산하는 데 특히 효과적입니다.

 

 

목적:

자연에는 수많은 흑연 물질이 있으며, 1mm 두께의 흑연에는 약 300만 개의 그래핀 층이 들어 있습니다. 단일 층 흑연은 그래핀이라고 하며, 자유 상태로는 존재하지 않고 층을 이룬 그래핀 시트 형태로 존재합니다. 흑연 시트의 약한 층간 힘으로 인해 외부 힘을 통해 층별로 벗겨질 수 있으며, 탄소 원자 두께가 단 하나인 단일 층 그래핀이 생성됩니다.

 

 

일반적인 분산 방법과 그 단점:

 

1. 마이크로 기계적 필링 방법

테이프를 사용하여 큰 결정에서 그래핀 시트를 직접 벗기고 이 과정을 계속 반복합니다.

재료와 팽창되거나 결함이 있는 열분해 흑연 사이의 마찰로 인해 벌크 흑연 표면에 응집성 결정이 형성되고, 이 결정에는 단일 층의 그래핀이 포함됩니다.

단점: 그래핀은 수율이 낮고, 면적이 작으며, 크기를 정확하게 제어하기 어렵고, 효율성이 낮으며, 대량으로 제조할 수 없습니다.

2. 화학기상증착법

탄소(일반적으로 저탄소 유기가스)를 함유하는 하나 이상의 기체물질을 진공반응기에 주입하고, 고온에서 탄소를 함유하는 가스(일반적으로 저탄소 유기가스)를 분해, 탄화시켜 기판 표면에 탄소원소를 성장시키는 공정이다.

단점: 그래핀의 육각형 벌집 결정 구조는 완전히 흑연화될 수 없으며, 그 품질은 마이크로컴퓨터 박리법만큼 좋지 않습니다. 높은 비용과 엄격한 장비 요구 사항은 그래핀의 대량 제조를 제한하고, 촉매를 첨가하면 그래핀의 순도도 떨어집니다.

3. 결정 에피택셜 방향성 성장법

한 가지 방법은 단결정 6H SiC를 가열하여 Si를 제거하고, 이를 통해 SiC 결정 표면에 그래핀을 에피택시얼 성장시키는 것입니다. 그래핀과 Si 층이 접촉하고, 이 그래핀의 전도도는 기판의 영향을 받습니다. 또 다른 방법은 금속 단결정에 미량의 탄소를 활용하고, 초고진공 하에서 고온 어닐링을 통해 금속 내부의 탄소 원소가 금속 단결정 표면에 그래핀을 침전시키는 것입니다.

단점: 그래핀 필름의 두께가 고르지 않고 제어하기 어렵고 생성된 그래핀은 기판에 단단히 부착되어 벗겨지기 어려워 그래핀의 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 동시에 초진공 및 고온의 매우 가혹한 조건에서 성장해야 하며 장비 요구 사항이 높아 대규모 및 제어 가능한 그래핀 제조를 달성할 수 없습니다.

4. 산화흑연환원법

산화 그래핀은 일반적으로 흑연의 강산 산화에 의해 얻어진다. 산화 그래핀을 제조하는 세 가지 주요 방법이 있다: 브로디법, 슈타우덴마이어법, 허머스법. 그 중 허머스법은 그래핀 분산을 위해 초음파 지원을 추가해야 한다.

특징: 그래핀 분산을 위한 험머스 방법: 이 방법은 간단하고, 시간이 많이 걸리며, 처리 용량이 크고, 안전하고, 오염이 없으며, 현재 가장 흔히 사용되는 방법입니다.

 

 

초음파 그래핀 분산의 장점:

 

초음파 그래핀 분산 시스템은 초음파 지원 Hummers 방법을 사용하여 그래핀 산화물을 제조하는데, 이는 액체를 매질로 사용하고 액체에 고주파 초음파 진동을 추가합니다. 초음파는 분자에 흡수되지 않는 기계적 파동이기 때문에 전파 중에 분자 진동을 일으킵니다. 고온, 고압, 마이크로 제트 및 강한 진동과 같은 추가 효과를 포함하는 캐비테이션 효과 하에서 진동으로 인해 분자 간 거리가 증가하여 궁극적으로 분자 파편화로 이어집니다. 산화된 흑연의 층간 간격을 효과적으로 증가시킬 수 있으며 초음파 전력이 증가함에 따라 산화된 흑연의 층간 간격이 확대되는 추세를 보입니다.

초음파에 의해 방출된 순간적인 압력은 그래핀 층 사이의 반데르발스 힘을 깨뜨려 그래핀이 응집될 가능성을 줄입니다. 그래핀 산화물의 큰 층간 간격은 다른 분자, 원자 등을 층간으로 삽입하여 그래핀 산화물 삽입 복합 재료를 형성하기 쉬울 뿐만 아니라 단일 층 그래핀 산화물로 쉽게 벗겨내어 단일 층 그래핀을 추가로 제조할 수 있는 기반을 마련합니다.