Para saintis telah menemui mengapa graphene oxide bukan sahaja terbakar pada suhu tinggi, tetapi membuka pintu kepada kaedah yang menjanjikan dan murah untuk menghasilkan graphene. Penyelidikan adalah dalam jurnal Carbon.
Sudah lebih sedekad sejak Hadiah Nobel dianugerahkan untuk penyelidikan percubaan pada graphene, tetapi saintis masih belum menemui cara untuk mendapatkan graphene yang berkualiti tinggi dan luas yang murah, cekap dan cukup berskala untuk memenuhi keperluan industri. keperluan. Pengurangan graphene daripada graphene oxide melalui penyinaran laser nampaknya merupakan pendekatan yang menjanjikan: Dengan menggunakan kaedah kimia untuk menyediakan graphene oxide daripada grafit biasa, teknologi pengurangan berbantukan laser memegang janji besar dari segi kos dan kebolehkawalan kualiti bahan.
Beberapa tahun yang lalu, sekumpulan penyelidik dari Skoltech mendapati bahawa graphene oxide boleh dipanaskan hingga 3300-3800 K, walaupun dalam keadaan atmosfera, untuk menghasilkan graphene yang berkualiti tinggi.
Nikita Orekhov berkata: "Hasil ini mengejutkan rakan sekerja kami: suhunya sangat tinggi, tetapi mereka memperoleh bahan yang tersusun dengan baik. Bahan karbon mudah terbakar dalam oksigen atmosfera pada 600-800 K atau lebih tinggi, manakala dalam eksperimen pada suhu yang lebih tinggi, graphene mencapai sifat struktur yang baik." Nikita Orekhov, pengarah bersekutu Makmal Kaedah Superkomputer Fizik Terkondensasi MIT, berkata, "Untuk mengetahui punca kesan yang tidak dijangka ini, kami memutuskan untuk mengkaji proses pengurangan graphene oksida suhu tinggi menggunakan model atom superkomputer dan menjalankan tambahan kajian mengikut reka bentuk eksperimen rakan sekerja kami."
Di bawah tindakan nadi laser, atom karbon bertanda merah di sempadan helaian graphene "terbakar." B - Di kawasan tengah helaian graphene, penyepuhlindapan berlaku: graphene disusun dalam struktur stabil yang betul.
Para penyelidik mendapati bahawa, dalam satu tangan, pada suhu tinggi (T> 3000k) atom oksigen dalam persekitaran gas berinteraksi dengan graphene, mengoksida dan memusnahkannya. Sebaliknya, penyepuhlindapan cepat kekisi kristal bermula pada suhu yang sama, yang membolehkan penghapusan kecacatan. Semasa penyepuhlindapan, struktur kekisi meluruskan dan bukannya hancur.
Lengkung nisbah suhu dan I(G)/I(D) tatasusunan rGO berkurangan pada kelajuan laser dan kadar pengulangan nadi yang berbeza.
"Ternyata dua proses bertentangan berlaku serentak di lokasi berbeza bahan yang terdedah kepada denyutan laser: pembakaran atau pemusnahan tertumpu berhampiran kecacatan dan sempadan kepingan graphene, di mana atom karbon mempunyai aktiviti kimia yang paling aktif, semasa penyepuhlindapan. berlaku terutamanya di tengah helaian, di mana atom cenderung untuk kembali kepada konfigurasi yang stabil." Stanislav Evlashin, saintis penyelidikan utama di Pusat Teknologi Bahan (CMT) Skoltech.
Penemuan ini menjelaskan bagaimana graphene oksida bertindak pada suhu yang melampau, di mana eksperimen langsung hampir mustahil. Memahami proses yang diterangkan dalam kertas kerja ini boleh membantu membangunkan dan mengoptimumkan kaedah untuk mendapatkan graphene berkualiti tinggi kristal tunggal kawasan besar.
Struktur atom (a) dan skema keadaan terma (b) GO. Evolusi masa bagi jumlah nombor atom (c), nombor atom karbon (d) dan nombor atom oksigen (e) semasa simulasi pada suhu yang berbeza. Atom karbon, oksigen dan hidrogen masing-masing ditunjukkan dalam warna biru, merah dan kelabu.
Sumber:Mekanisme pengurangan laser graphene oksida pada keadaan ambien: Kajian Eksperimen dan ReaxFF, Karbon (2022). DOI:10.1016/j.carbon.2022.02.018;Pengurangan Laser Boleh Kawal Filem Graphene Oxide untuk Aplikasi Fotoelektronik, ACSApplied Materials & Interfaces (2016). DOI:10.1021/acsami.6b10145