超聲波粉碎機設備在石墨烯材料的應用

石墨烯(Graphene)是單原子厚度的碳原子層,是近年發現的二維碳原子晶體。它被認為是富勒烯、碳納米管、石墨的基本結構單元 [,具有 優異的力學、量子和電學性質,已成為碳質材料和凝聚態物理領域的研究熱點之一。目前制備石墨烯的主要方法包括:微機械剝離法、外延 生長法  和化學法 [,其中化學法操作相對簡單,成本低廉,成為目前為止大規模生產石墨烯的主要手段之一。化學法以氧化石墨為原料,分散于溶劑后經適當超聲波處理,得到穩定的氧化石墨稀水溶膠,最后利用化學還原法去除氧化石墨烯上的含氧基團,得到石墨烯。

化學還原法被認為是實現大規模生產石墨烯的主要途徑之一,而剝離氧化石墨為氧化石墨烯是利用該方法獲得高品質石墨烯的關鍵步驟。利用超聲波清洗和超聲波粉碎兩種方式實現了氧化石墨的剝離,研究了超聲波的頻率和作用方式對其剝離效率和破壞程度的影響。結果表明,氧化石墨的剝離效率隨超聲波頻率的增大而提高;橫向尺寸破壞程度在超聲波直接作用時較大,間接作用時較小,可獲得橫向尺寸相對較大的氧化石墨烯片層.

超聲波的功率影響剝離氧化石墨為氧化石墨烯的效率和氧化石墨稀的橫向尺寸。功率越大的超聲波剝離效率明顯。與超聲波粉碎即直接作用剝離的方式相比,超聲清洗即間接作用方式對氧化石墨橫向尺寸的破壞程度相對較低,可獲得橫向尺寸較大的氧化石墨烯。

將單壁碳納米管僅通過氣相氧化和超聲裂解兩步制備出了石墨烯納米帶,采用透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、拉曼光譜(Raman)對制備出的石墨烯納米帶進行形貌和結構分析。結果表明,超聲波處理器制備的石墨烯納米帶寬度狹窄、邊緣光滑,并且相比于剛性的單壁碳納米管具有良好的柔韌性,大約為2nm的厚度也說明了石墨烯納米帶的雙層結構。在氣相氧化和超聲裂解的過程中,拉曼光譜中D峰與G峰的比值始終保持在0.15左右,表明在整個制備過程中,并沒有引入新的缺陷。此方法相比于其他方法制備出的納米帶具有結晶度高、寬度狹窄、邊緣光滑等優點。