التوليف وFunctionalization من 3D مواد النانو الجرافين: الجرافين Aerogels والجرافين جمعيات الكلية

يتيح مسار تخليق هلام الروح المرن إنتاج المواد بكثافة قابلة للضبط ومساحة السطح وحجم المسام ، والتي يمكن صبها في مجموعة متنوعة من الأشكال ، بما في ذلك الأغشية المتراصة والأغشية الرقيقة. يبدأ التوليف بالجمع بين المحفز ومحلول السلائف والسماح للخليط بالشفاء عند درجة حرارة معتدلة. ينتج عن هذا هلام متآلف متشابك بالكامل مع مذيب محاصر في بنية المسام.

يمكن استخدام وقت المعالجة ودرجة الحرارة للتحكم في مورفولوجيا المواد المنتجة. كخطوة ثانية ، يتم تجفيف الجل الرطب باستخدام ثاني أكسيد الكربون فائق الحرجة 2 للحفاظ على بنية النانو. المادة الآن هلام السهم.

بعد ذلك ، يتم تسخين هلام السهم إلى درجة حرارة عالية في جو خامل من أجل تفحيمه ، وإزالة الأكسجين المحتوي على مجموعات وظيفية وتحويل الروابط المتشابكة الكيميائية إلى روابط SP موصلة. المواد الناتجة عبارة عن أدوات تحليلية قوية كيميائيا وميكانيكيا مثل المجهر الإلكتروني الماسح ، وتستخدم لتوصيف التشكل وقياس مساحة السطح وضعف التوزيع الحجمي. يمكن استخدام المعالجة السطحية اللاحقة للتركيبة لتعزيز الخصائص المرغوبة مثل سعة تخزين الشحن.

تم اختراع المواد الهلامية الهوائية الكربونية في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في الثمانينيات ، وواصلنا تطوير مواد منخفضة الكثافة في منطقة الخدمة عالية للغاية. إن تخليق هلام الروح الذي ستراه اليوم مرن للغاية ، مما يسمح لنا بتطوير مواد لتلبية الاحتياجات الفريدة للبحث الذي يحدث هنا في ليفرمور. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية لإنتاج مواد كربونية منخفضة الكثافة وعالية المساحة هي أنه يمكننا إنتاج مواد متجانسة مرتبطة تماما بروابط كربونية SP.

تنتج روابط الكربون هذه مادة عالية التوصيل للكهرباء ولها خصائص ميكانيكية جيدة جدا ، كل ذلك دون استخدام مواد رابطة أو مواد مالئة موصلة. تسمح هذه المنهجية بالتحكم الرائع في الكثافة ومساحة السطح وحجم المسام والحجم. يمكن استخدامه لإنتاج مواد لتطبيقات مختلفة ، بما في ذلك أقطاب البطارية والمكثفات الفائقة ، ويدعم fer ، والجسيمات النانوية والمحفزات الأخرى ، بالإضافة إلى المواد الهيكلية فائقة القوة وخفيفة الوزن.

لتصنيع حمض الخليك ، يبدأ هلام الكربون الهوائي المحفز بسحق 112 ملليمول من الريسورسينول إلى مسحوق وإضافته إلى قارورة تلألؤ سعة 40 مل. ثم أضف 15 مل من الماء منزوع الأيونات وقم بدوامة هذا الخليط لمدة دقيقة واحدة. بعد ذلك ، أضف المعلق إلى 224 ملي مول من محلول فورمالديهايد بنسبة 37٪ والدوامة إلى الخليط لمدة دقيقة أخرى.

يجب حل المورد وكل شيء بالكامل في هذه المرحلة. أخيرا ، أضف سبعة ملليمول من الحمض الجليدي والدوامة. مرة أخرى ، هذا المحلول جاهز الآن للمعالجة والتجفيف لإنشاء أكسيد الترددات اللاسلكية والجرافين أو مركب جغرافي.

أولا ، استخدم حماما بالموجات فوق الصوتية لإنشاء تعليق بنسبة واحد بالمائة من أكسيد الجرافين في الماء المتأين. بعد ذلك ، خذ 11.2 ملليمول من الريسورسينول وأضفه إلى 1.5 جرام من معلق أكسيد الجرافين. 22.1 ملليمول من محلول الفورمالديهايد 37٪ و 56 ميكرومول من محفز كربونات الصوديوم.

هذا المركب جاهز الآن للمعالجة والتجفيف. لبدء تخليق هيدروكسيد الأمونيوم المحفز ، اذهب إلى التجميع ، أضف 20 مل من الماء منزوع الأيونات إلى 400 ملليغرام من الطبقة الواحدة. اذهب في قارورة وميض سعة 40 مليلتر لمدة دقيقة واحدة.

استخدم حماما بالموجات فوق الصوتية لتفريق الخليط تماما. قد يستغرق التشتت الكامل ما يصل إلى 24 ساعة. يجب ألا يتدفق التعليق المشتت بشكل صحيح عندما تكون القارورة مقلوبة ، أضف 0.211 مل من هيدروكسيد الأمونيوم المركز لكل جرام من التعليق الجغرافي.

ثم انقل التعليق الجغرافي باستخدام المحفز إلى قالب زجاجي وأغلقه بإحكام. ضعيها في الفرن على حرارة 80 درجة مئوية وقلبيها لمدة 72 ساعة. أخرج سائل sennett من القارورة واستبدله بماء DI.

ثم اغسله في حمام مائي لإزالة المواد المتبقية. استبدل الحمام المائي مرتين كل 12 ساعة. ثم قم بإزالة الماء الزائد ونقل العينة من الحمام المائي إلى حمام الأسيتون.

استبدال الأسيتون الطازج مرتين بعد 12 ساعة. بعد الغسيل ، قم بتحميل العينة في جهاز تجفيف فائق الحرجة مملوء بالأسيتون والمبرد المتداول بين 12 و 15 درجة مئوية. بعد ذلك ، أغلق المجفف واستبدل الأسيتون تماما بثاني أكسيد الكربون السائل.

عندما لا يقطر الأسيتون من عادم المجفف ، أغلق إمدادات ثاني أكسيد الكربون. ارفع درجة حرارة سائل التبريد إلى 55 درجة مئوية مع الحفاظ على ضغط يتراوح بين 1200 و 1600 حصان. أحتفظ بدرجة حرارة سائل التبريد عند 55 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. ثم قم بتنفيس ثاني أكسيد الكربون ببطء على مدار ساعتين إلى 12 ساعة مع الحفاظ على درجة حرارة سائل التبريد عند 55 درجة مئوية.

قم بإزالة العينات بمجرد تنفيس ثاني أكسيد الكربون تماما. بمجرد معالجة وتجفيف المواد الهلامية لسهم الجرافين بشكل مناسب ، قم بتحميل عينات كبيرة في قارب أو حاوية مماثلة وضع عينات على شكل قرص بين ورقتين من ورق الكربون مع وزن في الأعلى لمنع التجعيد. انقلها إلى جو خامل ليتم تفحيمها.

ارفع درجة الحرارة بمعدل خمس درجات مئوية في الدقيقة حتى تصل إلى 1050 درجة مئوية ، ثم احتفظ بالتفاعل عند 1050 درجة مئوية لمدة ثلاث ساعات. للحصول على تجميعات الجرافين الدقيقة عالية البلورة ، قم بزيادة درجة الحرارة بمعدل 100 درجة مئوية في الدقيقة واحتفظ بالرغوة عند 2 ، 500 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. بمجرد تفحيم الرغوة ، يمكن تشغيلها باستخدام الكينون النشط للأكسدة والاختزال.

لتعزيز سعة تخزين الشحن ، أولا ، قم بإعداد محلول ثلاثة ملليمولار من أنثراكينون في الإيثانول اللامائي ، وقم بتسخين المحلول في قارورة محكمة الغلق عند 75 درجة مئوية. لإذابة الأنثراكينون ، أضف محلول الكينون الساخن إلى مجموعة الجرافين الكلية عند ملليلترين. لكل ملليغرام من المواد في قارورة محكمة الغلق ، انقع المجموعة الكلية لمدة ساعتين عند 75 درجة مئوية ، ثم صب المحلول الزائد من القارورة واترك القارورة غير مغطاة عند 75 درجة مئوية طوال الليل لتجفيف المادة.

يمكن تتبع مورفولوجيا وتطور تكوين المواد باستخدام مجموعة متنوعة من الأساليب التحليلية ، ويتم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح والفحص المجهري الإلكتروني للإرسال لفحص مورفولوجيا المواد بينما تتوافق نتائج حيود الأشعة السينية وتحليل الرامين مع مادة شبيهة بالجرافين. يستخدم عدم التناسق الضعيف لتحديد الحجم الضعيف وتوزيع الحجم السيئ. يستخدم الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة أو الرنين المغناطيسي النووي لمتابعة تحويل أكسيد الجرافين إلى تجميعات كبيرة من الجرافين.

بمقارنة أطياف الكربون 13 بالرنين المغناطيسي النووي ، يظهر انخفاض كبير في القمم المقابلة لوظيفة الإيبوكسيد والهيدروكسيل بعد المعالجة بينما يظهر وجود ذروة أذيكية بعد الكربنة. يسلط الرنين المغناطيسي النووي للبروتون الضوء على القضاء على الميثيلين والميثوكسي مودي. تشير هذه عمليات الإزالة إلى أن الروابط المتقاطعة الكربونية المهجنة الثلاثة SP يتم تحويلها حراريا إلى موصلة.

SP اثنين من تقاطعات الكربون المهجنة أثناء الكربنة ، يتم التحقق من الوظائف التركيبية بعد الكينون عن طريق تحليل القياس الوزني الحراري. يتوافق فقدان الكتلة مع التحميل بالوزن بنسبة 10 إلى 14 بالمائة ، وتشير الزيادة في درجة الحرارة مقارنة بالكينون السائب إلى حركية الامتصاص المحدودة للانتشار. يتم قياس سعة تخزين الشحن المحسنة عن طريق القياس عن بعد للحجم الدوري ، مما يشير إلى زيادة بمقدار ثلاثة أضعاف تقريبا حتى عند المعدلات العالية جدا.

باستخدام هذا الإجراء كمبدأ توجيهي عام ، يمكن تغيير المواد المضافة مثل الأنابيب النانوية الكربونية أو أكسيد الجرافين أو تركيزات التفاعل من أجل تخصيص خصائص المواد وفقا لاحتياجاتك الخاصة. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع الهلاميات الهوائية عالية المساحة من الجرافين ، بدءا من السلائف البسيطة وغير المكلفة.