Mae gwyddonwyr wedi darganfod pam nad yw graphene ocsid yn llosgi ar dymheredd uchel yn unig, ond yn agor y drws i ddull addawol a rhad o gynhyrchu graphene. Mae'r ymchwil yn y cyfnodolyn Carbon.
Mae mwy na degawd ers i Wobr Nobel gael ei dyfarnu am ymchwil arbrofol ar graphene, ond nid yw gwyddonwyr wedi dod o hyd i ffordd o hyd i gael graphene ardal fawr o ansawdd uchel a fydd yn rhad, yn effeithlon ac yn ddigon graddadwy i gwrdd â diwydiannol. anghenion. Mae'n ymddangos bod lleihau graphene ocsid graphene trwy arbelydru laser yn ddull addawol: Trwy ddefnyddio dulliau cemegol i baratoi graphene ocsid o graffit cyffredin, mae technoleg lleihau â chymorth laser yn addawol iawn o ran cost ac ansawdd deunyddiau.
Ychydig flynyddoedd yn ôl, darganfu tîm o ymchwilwyr o Skoltech y gellir gwresogi graphene ocsid i 3300-3800 K, hyd yn oed o dan amodau atmosfferig, i gynhyrchu graphene o ansawdd eithaf uchel.
Dywedodd Nikita Orekhov: "Synnodd y canlyniad hwn ein cydweithwyr: roedd y tymheredd yn uchel iawn, ond cawsant ddeunydd wedi'i strwythuro'n dda. Mae deunyddiau carbon yn llosgi'n hawdd mewn ocsigen atmosfferig ar 600-800 K neu uwch, tra mewn arbrofion ar dymheredd uwch, Mae graphene yn cyflawni eiddo strwythurol da." Dywedodd Nikita Orekhov, cyfarwyddwr cyswllt Labordy Dulliau Uwchgyfrifiadur Ffiseg Mater Cyddwys MIT, "Er mwyn darganfod achos yr effaith annisgwyl hon, fe benderfynon ni astudio'r broses o leihau graphene ocsid tymheredd uchel gan ddefnyddio modelau atomig uwchgyfrifiadur a chynnal ychwanegol. astudiaethau yn dilyn dyluniad arbrofol ein cydweithwyr."
O dan weithred y pwls laser, mae'r atomau carbon coch-marcio ar ffin y daflen graphene "llosgi allan." B - Yn rhanbarth canolog y daflen graphene, mae anelio yn digwydd: mae'r graphene wedi'i drefnu yn y strwythur sefydlog cywir.
Canfu'r ymchwilwyr, ar y naill law, ar dymheredd uchel (T> 3000k) mae atomau ocsigen yn yr amgylchedd nwy yn rhyngweithio â graphene, gan ocsideiddio a'i ddinistrio. Ar y llaw arall, mae anelio cyflym y dellt grisial yn dechrau ar yr un tymheredd, sy'n caniatáu ar gyfer dileu diffygion. Yn ystod anelio, mae'r strwythur dellt yn sythu yn hytrach na dadelfennu.
Mae cromliniau cymhareb tymheredd a I(G)/I(D) yr arae rGO yn gostwng ar wahanol gyflymderau laser a chyfraddau ailadrodd curiad y galon.
“Mae'n ymddangos bod dwy broses gyferbyn yn digwydd ar yr un pryd mewn gwahanol leoliadau o'r deunydd sy'n agored i'r corbys laser: mae hylosgi neu ddinistrio wedi'i ganoli ger diffygion a ffiniau'r taflenni graphene, lle mae gan yr atomau carbon y gweithgaredd cemegol mwyaf gweithredol, wrth anelio. yn digwydd yn bennaf yng nghanol y dalennau, lle mae'r atomau'n tueddu i ddychwelyd i ffurfwedd sefydlog." Stanislav Evlashin, Prif wyddonydd ymchwil yng Nghanolfan Technoleg Deunyddiau (CMT) Skoltech.
Mae'r canfyddiadau'n taflu goleuni ar sut mae graphene ocsid yn ymddwyn ar dymheredd eithafol, lle mae arbrofion uniongyrchol bron yn amhosibl. Gall deall y broses a ddisgrifir yn y papur hwn helpu i ddatblygu ymhellach a gwneud y gorau o ddulliau ar gyfer cael graphene grisial sengl ardal fawr o ansawdd uchel.
Adeiledd atomig (a) a chynllun cyflwr thermol (b) GO. Esblygiad amser cyfanswm y rhif atomig (c), rhif atomig carbon (d) a rhif atomig ocsigen (e) yn ystod yr efelychiad ar wahanol dymereddau. Dangosir atomau carbon, ocsigen a hydrogen mewn glas, coch, a llwyd, yn y drefn honno.
Ffynhonnell: Mecanwaith lleihau laser graphene ocsid ar amodau amgylchynol: Astudiaeth Arbrofol a ReaxFF, Carbon (2022). DOI: 10.1016/j.carbon.2022.02.018;Lleihau Laser Rheoladwy o Ffilmiau Graphene Ocsid ar gyfer Cymwysiadau Ffotoelectronig, Deunyddiau ACS Cymhwysol a Rhyngwynebau (2016). DOI: 10.1021/acsami.6b10145