Name: Synteza nanofluidów grafenowych z kontrolowanym rozkładem wielkości płatków (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: Poznaj metodę syntezy nanofluidów grafenowych z kontrolowanym rozkładem wielkości płatek przy użyciu eksfoliacji i wirowania. Technika ta umożliwia precyzyjną regulację parametrów dla zastosowań w elektronice i magazynowaniu energii.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk o Przyrodzie Chin (Grant nr 21776095), Kluczowy Program Nauki i Technologii w Kantonie (Grant nr 201804020048) oraz Kluczowe Laboratorium Technologii Czystej Energii w Guangdong (Grant nr 2008A060301002). Dziękujemy LetPub (www.letpub.com) za pomoc językową podczas przygotowywania tego manuskryptu.

1. Eksfoliacja grafitu w fazie ciekłej
<ol>
	<li>Przygotowanie odczynników
	<ol>
		<li>Do suchej, czystej kolby o płaskim dnie wsyp 20 g alkoholu poliwinylowego (PVA), a następnie dodaj 1 000 mL wody destylowanej. 
		UWAGA: Jeśli zawiesina nie została przygotowana w sposób satysfakcjonujący, krok ten można powtórzyć w celu uzyskania dodatkowej zawiesiny.</li>
		<li>Delikatnie obracaj kolbą, aż PVA całkowicie się rozpuści. 
		OSTROŻNIE: PVA jest szkodliwy dla ludzi; należy therefore stosować rękawice ochronne i maski chirurgiczne.</li>
		<li>Do kolby o płaskim dnie dodaj 50 g proszku grafitowego i delikatnie obracaj kolbą, aż proszek grafitowy całkowicie rozproszy się w zawiesinie.</li>
		<li>Przenieś 500 mL otrzymanej zawiesiny do zlewki o pojemności 500 mL.</li>
		<li>Umieść zlewkę pod mikserem ścinającym, ustawiając ją blisko centrum naczynia mieszającego, aby zapobiec powstaniu wiru. 
		UWAGA: Wszystkie użyte odczynniki chemiczne są czystości analitycznej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Konfiguracja sprzętu
	<ol>
		<li>Obniż głowicę mieszającą do najniższej pozycji (30 mm od płaszczyzny podstawy).</li>
		<li>Przygotuj łaźnię wodną, napełniając zlewkę o pojemności 5 000 mL wodą o temperaturze pokojowej (25 °C), i umieść w niej zlewkę 500 mL. Wymieniaj wodę co 30 min.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Eksfoliacja
	<ol>
		<li>Uruchom mikser i stopniowo zwiększaj prędkość do 4 500 rpm; mieszaj z tą prędkością przez 120 min.</li>
		<li>Przeprowadź etap eksfoliacji pięć razy dla pięciu określonych czasów: 40 min, 60 min, 80 min, 100 min i 120 min. Czas mieszania determinuje dolną granicę rozmiaru bocznego nanoflake'ów grafenowych.</li>
		<li>Zbieraj zawiesiny po każdym etapie eksfoliacji. Każdy etap eksfoliacji spowoduje powstanie 500 mL zawiesiny. Oznacz każdą zawiesinę czasem eksfoliacji w celu dalszego przetwarzania.</li>
		<li>Wirowarkuj zebraną zawiesinę przy 140 x g przez 45 min, aby usunąć nieeksfoliowany grafit.</li>
		<li>Pobierz górne 80% nadłożu z każdej probówki wirówkowej do dodatkowego etapu wirowania.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Wirowanie
<ol>
	<li>Wirować otrzymaną zawiesinę przy 8,951 x g przez 45 min.</li>
	<li>Zebrać górne 50% nadsączu z probówki wirówkowej i oznaczyć próbkę numerem.</li>
	<li>Poddać recyklingowi osad znajdujący się na dnie probówki wirówkowej z kroku 2.2. Do osadu dodać odczynnik PVA/woda przygotowany w kroku 1.1.1 i energicznie wstrząsać probówką ręcznie, aż osad zostanie dobrze rozproszony w zawiesinie.</li>
	<li>Wirować zawiesinę przy 8,951 x g przez 45 min; zebrać górne 80% do dalszych pomiarów.</li>
	<li>Powtórzyć wyżej wymieniony etap wirowania cztery razy, stosując cztery różne prędkości wirowania: 5,035 x g, 2,238 x g, 560 x g oraz 140 x g. Prędkość wirowania określa górną granicę rozmiaru bocznego nanoplatków grafenowych. 
	UWAGA: Procedurę można w tym miejscu przerwać.</li>
</ol>
3. Pomiary stężenia otrzymanych nanofluidów
<ol>
	<li>Wyznacz widma absorpcyjne przy długości fali 660 nm przy użyciu spektroskopii ultrafioletowej i widzialnej (UV-Vis).
	<ol>
		<li>Należy użyć roztworu PVA w wodzie przygotowanego w kroku 1.1.1 do kalibracji spektrometru UV-Vis; stężenie PVA w wodzie należy ustawić na 0%.</li>
		<li>Przenieś zawiesinę PVA/woda do suchej, czystej kuwety o długości drogi optycznej 10 mm i odczytaj wynik za pomocą oprogramowania producenta. Kliknij przycisk pozyskać przycisk służący do uzyskania wykresu wyników pomiarów i zapisania wyników.</li>
		<li>Powtórz krok 3.1.2 dla każdej z próbek przygotowanych w kroku 2.5. 
		UWAGA: Przed każdym użyciem kuwetę z próbką należy starannie oczyścić wodą destylowaną i osuszyć.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyznacz masę grafenu w otrzymanej zawiesinie.
	<ol>
		<li>Przesącz próbną zawiesinę o objętości 100 mL za pomocą filtracji próżniowej, stosując membranę nylonową o rozmiarze porów wynoszącym 0.2 µm.</li>
		<li>Przemyj membranę około 1000 ml wody; powtórz ten krok trzykrotnie, aż wszystkie substancje stałe zostaną wypłukane z membrany.</li>
		<li>Wyznacz masę wody po płukaniu za pomocą mikrobalansu o wysokiej precyzji, aby uzyskać masę substancji stałych w 100 ml zawiesiny. 
		UWAGA: Podane masy obejmują zarówno masę nanoplatków grafenowych, jak i polimerów PVA.</li>
		<li>Przeprowadź analizę wody metodą analizy termograwimetrycznej (TGA)18 w celu oznaczenia stężenia PVA.</li>
		<li>Oblicz średnie wartości współczynnika ekstynkcji dla układu stabilizowanego PVA: 
		<img alt="Wzór na absorbancję A=εCGl, prawo Beera-Lamberta, schemat analizy spektroskopowej." src="/files/ftp_upload/59740/59740equ01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 1"> 
		gdzie A absorbancję pomiaru przy 660 nm za pomocą spektroskopii UV-Vis, a I jest długością drogi, jaką pokonuje światło UV podczas pomiaru; zależność między absorbancją A or stężenie grafenu CG jest liniowy. Współczynnik ekstynkcji ε czy nachylenie krzywej wykreślonej dla absorbancji A jako funkcja stężenia grafenu CGKiedy współczynnik ekstynkcji ε oznacza się, CG można określić na podstawie absorbancji A.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Dostosowanie stężenia otrzymanych nanofluidów
<ol>
	<li>Przefiltruj zawiesiny próżniowo, używając membrany nylonowej o rozmiarze porów 0.2 µm.</li>
	<li>Susz membranę w temperaturze pokojowej przez ponad 12 h.</li>
	<li>Następnie wypłucz film gorącą wodą dejonizowaną.</li>
	<li>Usuń wodę dejonizowaną poprzez suszenie w próżni przez 24 h, aby otrzymać nanoarkusze grafenu. 
	UWAGA: Wydajność produkcji grafenu wynosi około 1 mg/mL. Jeśli pożądane stężenie jest niższe od tej wartości, można je łatwo uzyskać, dodając jedynie PVA/wodę. Jeśli pożądane stężenie jest wyższe niż 1%, niezbędny jest proces suszenia. W tym przypadku demonstrujemy warunki dla pożądanego stężenia 2%.</li>
	<li>Dodaj roztwór PVA/woda lub nanoarkusze grafenu, aby dostosować stężenie.</li>
	<li>Jeśli pożądane stężenie jest niższe niż wydajność produkcji, dodaj roztwór PVA/woda przygotowany w kroku 1.1.1, aby uzyskać pożądane stężenie.</li>
</ol>
5. Pomiar rozkładu wielkości za pomocą dynamicznego rozpraszania światła
<ol>
	<li>Włącz analizator nanocząstek i ustaw detektor na etykietę C. Umieść zawiesinę próbki na panelu testowym.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie okna sterowania korelatorem.</li>
	<li>W menu kliknij Non-Negative Constrained least square: Multiple Pass.</li>
	<li>Ustaw czas upływu na 2 min.</li>
	<li>Jako typ rozpuszczalnika wybierz wodę.</li>
	<li>Zmień średnicę detektora na 100 nm.</li>
	<li>Kliknij przycisk test, aby uzyskać odczyt i zapisać wyniki.</li>
	<li>Powtórz kroki 5.1-5.7 dla każdej z próbek przygotowanych po kroku 4.</li>
</ol>

<ol><li>Sadeghinezhad, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comprehensive+review+on+graphene+nanofluids%3A+Recent+research%2C+development+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Conversion+and+Management%22%5BJournal%5D)">A comprehensive review on graphene nanofluids: Recent research, development and applications.</a> Energy Conversion and Management. 111, 466-487 (2016).</li>
<li>Wang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Efficient+Production+of+Graphene+by+an+Ultrasound+Coupled+with+a+Shear+Mixer+in+Supercritical+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Highly Efficient Production of Graphene by an Ultrasound Coupled with a Shear Mixer in Supercritical CO2.</a> Industrial & Engineering Chemistry Research. 57 (49), 16701-16708 (2018).</li>
<li>Cao, H. Y., Guo, Z. X., Xiang, H., Gong, X. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Layer+and+size+dependence+of+thermal+conductivity+in+multilayer+graphene+nanoribbons%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Letters+A%22%5BJournal%5D)">Layer and size dependence of thermal conductivity in multilayer graphene nanoribbons.</a> Physics Letters A. 376 (4), 525-528 (2012).</li>
<li>Yang, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+adjustment+of+the+graphene+work+function+via+size%2C+modification%2C+defects%2C+and+doping%3A+a+first-principle+theory+study%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Design and adjustment of the graphene work function via size, modification, defects, and doping: a first-principle theory study.</a> Nanoscale Research Letters. 12, (2017).</li>
<li>Khan, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+selection+of+dispersed%2C+exfoliated+graphene+flakes+by+controlled+centrifugation%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Size selection of dispersed, exfoliated graphene flakes by controlled centrifugation.</a> Carbon. 50 (2), 470-475 (2012).</li>
<li>Smith, R. J., King, P. J., Wirtz, C., Duesberg, G. S., Coleman, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lateral+size+selection+of+surfactant-stabilised+graphene+flakes+using+size+exclusion+chromatography%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Lateral size selection of surfactant-stabilised graphene flakes using size exclusion chromatography.</a> Chemical Physics Letters. 531, 169-172 (2012).</li>
<li>Galvin, K. P., Pratten, S. J., Nicol, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dense+medium+separation+using+a+teetered+bed+separator%5BTitle%5D)+AND+%22Minerals+Engineering%22%5BJournal%5D)">Dense medium separation using a teetered bed separator.</a> Minerals Engineering. 12 (9), 1059-1081 (1999).</li>
<li>Cai, C. J., Sang, N. N., Shen, Z. G., Zhao, X. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+and+size-controllable+preparation+of+graphene+oxide+nanosheets+using+high+shear+method+and+ultrasonic+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Nanoscience%22%5BJournal%5D)">Facile and size-controllable preparation of graphene oxide nanosheets using high shear method and ultrasonic method.</a> Journal of Experimental Nanoscience. 12 (1), 247-262 (2017).</li>
<li>Chen, L. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oriented+graphene+nanoribbons+embedded+in+hexagonal+boron+nitride+trenches%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Oriented graphene nanoribbons embedded in hexagonal boron nitride trenches.</a> Nature Communications. 8, (2017).</li>
<li>Fan, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controllable+size-selective+method+to+prepare+graphene+quantum+dots+from+graphene+oxide%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Controllable size-selective method to prepare graphene quantum dots from graphene oxide.</a> Nanoscale Research Letters. 10, 1-8 (2015).</li>
<li>Oikonomou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+bottom-up+assembly+of+suspended+carbon+nanotube+and+graphene+devices+by+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Status+Solidi-Rapid+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Scalable bottom-up assembly of suspended carbon nanotube and graphene devices by dielectrophoresis.</a> Physica Status Solidi-Rapid Research Letters. 9 (9), 539-543 (2015).</li>
<li>Liu, Y., Zhang, D., Pang, S. W., Liu, Y. Y., Shang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+separation+of+graphene+oxide+using+preparative+free-flow+electrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Separation+Science%22%5BJournal%5D)">Size separation of graphene oxide using preparative free-flow electrophoresis.</a> Journal of Separation Science. 38 (1), 157-163 (2015).</li>
<li>Cui, C. N., Huang, J. T., Huang, J. H., Chen, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+separation+of+mechanically+exfoliated+graphene+sheets+by+electrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Size separation of mechanically exfoliated graphene sheets by electrophoresis.</a> Electrochimica Acta. 258, 793-799 (2017).</li>
<li>Sun, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-yield+exfoliation+of+graphite+in+acrylate+polymers%3A+A+stable+few-layer+graphene+nanofluid+with+enhanced+thermal+conductivity%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">High-yield exfoliation of graphite in acrylate polymers: A stable few-layer graphene nanofluid with enhanced thermal conductivity.</a> Carbon. 64, 288-294 (2013).</li>
<li>Sun, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amine-based+solvents+for+exfoliating+graphite+to+graphene+outperform+the+dispersing+capacity+of+N-methyl-pyrrolidone+and+surfactants%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Amine-based solvents for exfoliating graphite to graphene outperform the dispersing capacity of N-methyl-pyrrolidone and surfactants.</a> Chemical Communications. 50 (72), 10382-10385 (2014).</li>
<li>Du, B. L., Jian, Q. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+controllable+synthesis+of+graphene+water+nanofluid+with+enhanced+stability%5BTitle%5D)+AND+%22Fullerenes+Nanotubes+and+Carbon+Nanostructures%22%5BJournal%5D)">Size controllable synthesis of graphene water nanofluid with enhanced stability.</a> Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures. 27 (1), 87-96 (2019).</li>
<li>Tao, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+exfoliation+and+dispersion+of+two-dimensional+materials+-+an+update%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Scalable exfoliation and dispersion of two-dimensional materials - an update.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 19 (2), 921-960 (2017).</li>
<li>Phiri, J., Gane, P., Maloney, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-concentration+shear-exfoliated+colloidal+dispersion+of+surfactant-polymer-stabilized+few-layer+graphene+sheets%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">High-concentration shear-exfoliated colloidal dispersion of surfactant-polymer-stabilized few-layer graphene sheets.</a> Journal of Materials Science. 52 (13), 8321-8337 (2017).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Zaproponowaliśmy metodologię syntezy nanofluidów grafenowych o kontrolowanym rozkładzie wielkości płatków. Metoda łączy w sobie dwie procedury: złuszczanie i odwirowywanie. Eksfoliacja kontroluje dolną granicę wielkości nanocząstek, a wirowanie kontroluje górną granicę wielkości nanocząstek.
Chociaż zastosowaliśmy eksfoliację grafitu w fazie ciekłej do wytworzenia nanocząstek grafenu, należy rozważyć następujące modyfikacje protokołu. W celu uzyskania dolnej granicy wielkości nanoarkuszy grafe...

Tradycyjne metody używane do syntezy nanofluidów grafenowych często używają sonikacji do dyspersji proszku grafenowego1 w płynach, a sonikacja została udowodniona, że zmienia rozkład wielkości nanocząstek grafenu2. Ponieważ przewodność cieplna grafenu zależy od długości płatków3,4, synteza nanofluidów grafenowych z kontrolowanym rozkładem wielkości płatków ma kluczowe znaczenie dla zastosowań związanych z wymianą ciepła. Kontrolowane wirowanie zostało z powodzeniem zastosowane do płynnych eksfoliowanych dyspersji grafenu w celu rozdzielenia zawiesin na frakcje o różnych średnich rozmiarach płatków5,6. Różne prędkości końcowe stosowane w wirowaniu prowadzą do różnych krytycznych rozmiarów cząstek osiadania7. Prędkość końcowa może być wykorzystana do wyeliminowania dużych nanocząstek grafenu8.
Ostatnio wprowadzono metody kontroli rozmiaru, używane do syntezy grafenu poprzez eksfoliację w fazie ciekłej, aby przezwyciężyć podstawowe problemy napotykane przez konwencjonalne metody9,10,11,12,13. Udowodniono, że eksfoliacja grafitu w fazie ciekłej jest skutecznym sposobem wytwarzania zawiesin grafenu14,15,16, a podstawowy mechanizm pokazuje, że parametry procesu są związane z dolnymi granicami rozkładów wielkości nanocząstek grafenu. Nanofluidy grafenu zostały zsyntetyzowane przez płynną eksfoliację grafitu za pomocą środków powierzchniowo czynnych17. Podczas gdy dolne granice rozkładu wielkości nanocząstek grafenu można kontrolować, dostosowując parametry podczas złuszczania, mniej uwagi poświęca się górnym granicom rozkładu wielkości nanocząstek grafenu.
Celem tej pracy jest opracowanie protokołu, który może być użyty do syntezy nanofluidów grafenowych o kontrolowanym rozkładzie wielkości płatków. Ponieważ złuszczanie jest odpowiedzialne tylko za dolną granicę wielkości powstałych nanopłatków grafenu, wprowadza się dodatkowe wirowanie w celu kontrolowania górnej granicy wielkości powstałych nanopłatków grafenu. Proponowana metoda nie jest jednak specyficzna dla grafenu i może być odpowiednia dla wszelkich innych związków warstwowych, których nie można zsyntetyzować tradycyjnymi metodami.

<table><tbody><tr><td>Zlewka</td><td>Chiny Jiangsu Mingtai Sprzęt edukacyjny Co., Ltd.</td><td>500 ml</td><td></td></tr><tr><td>zlewki</td><td>Chiny Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd.</td><td>5000 ml</td><td></td></tr><tr><td>wody dejonizowanej</td><td>Guangzhou Yafei Sprzęt do uzdatniania wody Co., Ltd.</td><td></td><td>klasa</td></tr><tr><td>analityczna Waga elektroniczna</td><td>Shanghai Puchun Co., Ltd.</td><td>JEa10001</td><td></td></tr><tr><td>Membrana filtracyjna</td><td>Chiny Tianjin Jinteng Experiment Equipments Co., Ltd.</td><td>0,2 mikrona</td><td></td></tr><tr><td>Grafit w proszku</td><td>Tianjin Dengke odczynnik chemiczny Co., Ltd.</td><td></td><td>klasa analityczna</td></tr><tr><td>Rękawice ręczne</td><td>Chiny Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laboratoryjny mikser nożyc</td><td>Shanghai Specimen and Model Factory</td><td>jrj-300</td><td></td></tr><tr><td>Kolba z płaskim dnem z długą szyjką</td><td>Chiny Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd.</td>Analizator nanocząstek <td>1000 ml</td><td></td></tr><tr><td></td><td>HORIBA, Ltd.</td><td>SZ-100Z</td><td></td></tr><tr><td>PVA</td><td>Shanghai Yingjia Industrial Development Co., Ltd.</td><td>1788</td><td>analityczny</td></tr><tr><td>spektrofotometr Ramana</td><td>HORIBA, Ltd.</td><td>Horiba LabRam 2</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td><td>Zeiss Co., Ltd.</td><td>LEO1530VP</td><td></td></tr><tr><td>Maska chirurgiczna</td> SEM <td>Chiny Jiangsu Mingtai Education Equipments Co., Ltd.</td><td>do jednorazowego użytku</td><td></td></tr><tr><td>Analizator termiczny grawimetryczny</td><td>Niemiecki NETZSCH Co., Ltd.</td><td>NETZSCH TG 209 F1 Libra</td><td>Analiza TGA</td></tr><tr><td>Transmisyjny mikroskop elektronowy</td><td>Japan Electron Optics Laboratory Co., Ltd.</td>Spektrofotometr <td>UV-Vis JEM-1400plus</td><td></td></tr><tr><td></td><td>TEM Agilent Technologies, Inc.+BB2:B18</td><td>Varian Cary 60</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Wypróbuj profesjonalny edytor HTML online</td></tr></tbody></table>

synteza nanofluidów grafenowych z kontrolowanym rozkładem wielkości płatków

Synthesis of Graphene Nanofluids with Controllable Flake Size Distributions

Przedstawiono metodę syntezy nanofluidów grafenowych z kontrolowanym rozkładem wielkości płatków. Nanopłatki grafenu można uzyskać przez złuszczanie grafitu w fazie ciekłej, a czas złuszczania służy do kontrolowania dolnych granic rozkładu wielkości nanopłatków grafenu. Wirowanie jest z powodzeniem stosowane do kontrolowania górnych granic rozkładu wielkości nanocząstek. Celem tej pracy jest połączenie złuszczania i wirowania w celu kontrolowania rozkładu wielkości nanopłatków grafenu w otrzymanych zawiesinach.

Istnienie nanoarkuszy grafenu można potwierdzić za pomocą różnych technik charakterystyki. Rysunek 1 przedstawia wyniki pomiarów UV-Vis dla różnych rozkładów wielkości płatków otrzymanych zgodnie z wyżej wymienionym protokołem. Pik absorbancji w widmach uzyskany przy długości fali 270 nm stanowi dowód na obecność płatków grafenu. Różne wartości absorbancji odpowiadają różnym stężeniom. Najniższa zaobserwowana absorbancja odpowiada najwyższej prędkości wirowania. Widma jednoznacznie potwierdz...

Przedstawiono metodę syntezy nanofluidów grafenowych o kontrolowanym rozkładzie wielkości płatków.

Synteza nanofluidów grafenowych z kontrolowanym rozkładem wielkości płatków

A method for synthesizing graphene nanofluids with controllable flake size distributions is presented. Graphene nanoflakes can be obtained by the ...

Proponowana metoda wykorzystuje proces eksfoliacji i proces wirowania w celu oddzielnej kontroli dolnych i górnych granic rozkładów wielkości otrzymanej zawiesiny grafinianowej. Główną zaletą proponowanej metody jest to, że ostateczny rozkład wielkości można kontrolować poprzez dostosowanie parametrów procesu etapu eksfoliacji i etapu wirowania. W suchej, czystej kolbie z płaskim dnem dodaj 20 gramów PVA, a następnie dodaj 1000 mililitrów wody destylowanej.Delikatnie obracać kolbą, aż PVA całkowicie się rozpuści. Następnie dodać 50 gramów proszku grafitowego do kolby z płaskim dnem i delikatnie obracać kolbą, aż proszek grafitowy całkowicie rozproszy się w zawiesinie. Przenieś 500 mililitrów powstałej zawiesiny do 500-mililitrowej zlewki.Umieść zlewkę pod mieszalnikiem ścinającym, umieszczając zlewkę w pobliżu środka naczynia do mieszania, aby zapobiec tworzeniu się wiru. Opuść głowicę mieszającą do najniższej pozycji, 30 milimetrów od płaszczyzny podstawy. Następnie przygotuj łaźnię wodną, napełniając zlewkę o pojemności 5000 mililitrów wodą o temperaturze pokojowej i umieść 500-mililitrową zlewkę w kąpieli.Uruchom mikser i stopniowo zwiększaj prędkość do 4 500 obr./min. Mieszaj z tą prędkością przez 120 minut. Zmieniaj wodę co 30 minut.Wykonaj ten krok złuszczania jeszcze pięć razy w różnym czasie trwania. Czas mieszania określa dolną boczną granicę wielkości nanopłatków grafenu. Zbierz 500-mililitrowe zawiesiny wygenerowane po każdym etapie złuszczania.Oznaczyć każdą zawiesinę czasem wydalania i odwirować zebraną zawiesinę w ilości 140 razy g przez 45 minut. Aby usunąć niezłuszczony grafit, użyj pipety, aby zebrać górne 80% supernatantu z każdej probówki wirówkowej do dalszego wirowania. Odwirować zawiesinę sklarowanej nad osadem z ostatniego etapu wirowania przy 8,951 razy g przez 45 minut.Zebrać górne 50% supernatantu w probówce wirówkowej i oznaczyć próbkę liczbą. Następnie, aby poddać recyklingowi osad na dnie probówki wirówkowej, dodaj 50 mililitrów wcześniej przygotowanego odczynnika wodnego PVA do osadu i energicznie potrząsaj probówką ręcznie, aż osad zostanie dobrze zdyspergowany w zawiesinie. Odwirować zawiesinę o stężeniu 8 951 razy g przez 45 minut.Zbierz górne 80% do dalszych pomiarów. Powtórz etap wirowania dla osadu jeszcze cztery razy z czterema różnymi prędkościami wirowania. Prędkość wirowania określa górną boczną granicę wielkości nanopłatków grafenu.Teraz przygotuj spektroskopię w ultrafiolecie widzialnym. Z wcześniej przygotowanym roztworem wodnym PVA w suchej, czystej celi na próbkę, skalibrować spektrometr ultrafioletowy w świetle widzialnym, ustawiając stężenie wody PVA na 0%Następnie dodać resuspension wody PVA po odwirowaniu do suchej, czystej celi próbnej o długości drogi 10 milimetrów i uzyskać odczyt za pomocą oprogramowania producenta. Kliknij przycisk Pobierz, aby wyświetlić wykres wyników pomiarów i zapisać wyniki.Następnie, aby określić masę grafenu, przefiltruj próżniowo zawiesinę próbki za pomocą nylonowej membrany o wielkości porów 0,2 mikrona. Uzyskać folię membranową i przemyć około 200 mililitrami wody do zlewki. Powtórz pranie trzy razy, aż wszystkie ciała stałe zostaną zmyte z membrany.Określ masę przemytej wody za pomocą precyzyjnej mikrowagi, aby uzyskać masę ciał stałych. Ponownie przefiltruj próżniowo zawiesiny wodne za pomocą nylonowej membrany o wielkości porów 0,2 mikrona. Zdobądź membranę i susz ją w temperaturze pokojowej przez ponad 12 godzin.Następnie spłucz folię 200 mililitrami dejonizowanej wody do zlewki. Jeśli pożądane stężenie jest mniejsze niż szybkość produkcji przy jednym miligramie na mililitr, dodaj przygotowany roztwór wodny PVA, aby uzyskać pożądane stężenie. Jeśli pożądane stężenie jest wyższe niż 1%, wysuszyć dejonizowaną wodę pod próżnią w suszarce przez 24 godziny, aby uzyskać nanoarkusze grafenu.W tym protokole pomiar w ultrafiolecie widzialnym różnych rozkładów wielkości płatków pokazuje pik absorbancji widma uzyskany przy długości fali 270 nanometrów, co wskazuje na dowody na istnienie płatków grafenu. Zawiesina o różnym stężeniu ma różną absorpcję 660 nanometrów. Pasmo D i pasmo 2D spektroskopii Ramana określa grubość płatków nanopłatków grafenu.Pasmo D widma Ramana, które jest związane z atomami węgla grafenu sp3, rozróżnia grafit początkowy i nanopłatki grafenu. Niska intensywność pasma D wskazuje na wolne od wad nanoarkusze grafenu. Zaobserwowano charakterystyczny rozkład wielkości otrzymanej zawiesiny, przygotowanej przy użyciu różnych prędkości wirowania.Zarówno transmisyjna mikroskopia elektronowa, jak i skaningowa mikroskopia elektronowa pokazują, że grafen został wyprodukowany, a eksfoliacja zakończyła się sukcesem. Jednak etap wirowania działał tylko na nanocząstkach o średniej średnicy większej niż 1000 nanometrów. Należy z góry określić zależność między górnymi granicami rozkładu wielkości a prędkością wirowania.Ponieważ rozmiar nie ma wpływu na proponowaną metodę, możliwe jest manipulowanie wydajnością wymiany ciepła w warunkach, takich jak niektóre aplikacje łączności, konwekcji i transferu w centrum. Polimer PVA jest szkodliwy dla człowieka. W celu ochrony operatora należy używać maski na twarz i rękawiczek.

synthesis-graphene-nanofluids-with-controllable-flake-size

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Anodowe wyładowanie łukowe jest jedną z najbardziej praktycznych i wydajnych metod syntezy różnorodnych nanostruktur węglowych. W celu zwiększenia sterowalności i elastyczności łuku wprowadzono niejednorodne pole magnetyczne, aby przeprowadzić jednoczynnikową syntezę wielkoskalowych płatków grafenu oraz wysokiej czystości jednościennych nanorurek węglowych.

Symultaniczna synteza jednościnnych nanorurek węglowych i grafenu w plazmie łukowej wzmocnionej magnetycznie

Urządzenia milifluidyczne są wykorzystywane do kontrolowanej syntezy nanomateriałów, czasowo-rozdzielczej analizy mechanizmów reakcji i katalizy ciągłego przepływu.

Millifluidyka do syntezy chemicznej i czasowo-rozdzielczych badań mechanistycznych

Ta metoda wideo opisuje syntezę monolitycznych materiałów 3D na bazie grafenu o dużej powierzchni, pochodzących z prekursorów polimerów, a także jednowarstwowego tlenku grafenu.

Synteza i funkcjonalizacja materiałów nanografenowych 3D: aerożele grafenowe i makrozespoły grafenu

Przedstawiono protokół płynnego złuszczania warstwowych materiałów do nanoarkuszy, ich wyboru rozmiaru i pomiaru rozmiaru za pomocą technik mikroskopowych i spektroskopowych.

Przygotowanie ciekłych złuszczonych nanoarkuszy dichalkogenku metalu przejściowego o kontrolowanym rozmiarze i grubości: najnowocześniejszy protokół

Ten artykuł opisuje proces dostrajania rozmiaru i gęstości sieciowania kowalencyjnie usieciowanych nanocząstek z liniowych poliestrów zawierających funkcjonalność wisiorka. Dostosowując parametry syntezy (masa cząsteczkowa polimeru, włączenie funkcjonalności wisiorka i równoważniki środków sieciujących), można osiągnąć pożądany rozmiar nanocząstek i gęstość usieciowania do zastosowań związanych z dostarczaniem leków.

Przestrajalność nanogąbek pod względem wielkości i gęstości usieciowania

Ten protokół szczegółowo opisuje nowatorską technikę nano-produkcji, która może być wykorzystana do tworzenia kontrolowanych i konfigurowalnych folii nanocząsteczkowych na dużych obszarach, w oparciu o samoorganizację odwilżania zasklepionych folii metalowych.

Nanowytwarzanie nanocząstek złota na dużej powierzchni w oparciu o podłoże poprzez odwilżanie

Dla ciągłej i skalowalnej syntezy nanokompozytów na bazie metali szlachetnych, opracowywany jest nowy reaktor fotokatalityczny, w którym opisano jego strukturę, zasady działania i strategie optymalizacji jakości produktu.

Reaktor fotokatalityczny o przepływie ciągłym do precyzyjnie kontrolowanego osadzania nanocząstek metalicznych

Połączenie syntezy wspomaganej roztworem i powierzchniowo otwiera nowe kierunki w atomowo precyzyjnej syntezie nanostruktur. Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM) uzupełniona o bezkontaktową mikroskopię sił atomowych (nc-AFM) umożliwia szczegółową charakterystykę nowo zaprojektowanych i wygenerowanych nanoobiektów na bazie węgla.

Mikroskopowa wizualizacja porowatych nanografenów zsyntetyzowanych przez połączenie roztworu i chemii powierzchniowej

Informujemy o jednogarnkowej syntezie hydrotermalnej klastrów ferrytu manganu (MFC), która oferuje niezależną kontrolę nad wymiarami i składem materiału. Separacja magnetyczna umożliwia szybkie oczyszczanie, a funkcjonalizacja powierzchni za pomocą sulfonowanych polimerów zapewnia, że materiały nie agregują się w biologicznie istotnym środowisku. Uzyskane w ten sposób produkty są dobrze przygotowane do zastosowań biomedycznych.

Stabilne zawiesiny wodne klastrów ferrytu manganu o przestrajalnym wymiarze i składzie w nanoskali

Ten artykuł przedstawia zoptymalizowany, oparty na doświadczeniu protokół wytwarzania wysokiej jakości urządzeń z supersieci mory na bazie grafenu z precyzyjnymi kątami skrętu, wykorzystując zmodyfikowaną technikę suchego transferu opartą na wysoce przestrajalnym, niestandardowym zestawie transferu.

Zoptymalizowana procedura produkcji wysokiej jakości urządzeń z efektu mory superkratowej na bazie grafenu

W artykule przedstawiono protokoły procesu utleniania o konstrukcji kaskadowej oraz wysoce podstawowej reakcji redukcji do innowacyjnej, skalowalnej konwersji grafitu w wielowarstwowy proszek tlenku grafitu, nanoarkuszy tlenku grafenu, supramolekularnego zredukowanego hydrożelu tlenku grafenu oraz zredukowanych nanomateriałów tlenku grafenu.

Skalowalne syntezy tlenku grafenu i zredukowanego tlenku grafenu przy użyciu kaskadowego projektowania utleniania i wysoce zasadowych reakcji redukcji

Poznaj metodę syntezy nanofluidów grafenowych z kontrolowanym rozkładem wielkości płatek przy użyciu eksfoliacji i wirowania. Technika ta umożliwia precyzyjną regulację parametrów dla zastosowań w elektronice i magazynowaniu energii.

Synteza nanofluidów grafenowych z kontrolowanym rozkładem wielkości płatków

Przeglądaj więcej filmów