Bộ giáo dục và ĐÀo tạo viện hàn lâm khoa học và CÔng nghệ việt nam
tải về 2.35 Mb. Chế độ xem pdf
|
tailieuxanh nghien cuu che tao tinh chat dien hoa va dinh huong ung dung cua lop ma dien hoa niken tren nen cac chat dan dien khac nhau 1994
| Hình 1.8: Sơ ồ và h nh ảnh s giãn nở i n gr phit s dụng
quá tr nh h i gi i o n [24]. + Đi n phân s dụng dung môi hứ nướ : Trong phương pháp này, các điện cực than chì thường hoạt động như một cực dương, nước cung cấp không chỉ như là một dung môi mà còn có thể tạo thành liên kết C-O ở phía rìa ngoài graphit ở giai đoạn ban đầu. Sau đó, các anion âm được xen vào và bắt đầu việc giãn nở và bóc lớp. Một điện áp dương tương đối cao (10V) đã được sử dụng cho các điện cực graphit trong axit sunfuric loãng, sự bóc lớp của graphit được thực hiện bằng sự giải phóng mạnh mẽ các khí thông qua việc khử điện hóa của các ion sunfat [22]. Trong quá trình thí nghiệm, một dây bạch kim được sử dụng như một điện cực đối, graphit được sử dụng như một điện cực làm việc, và dung dịch H 2 SO 4 được sử dụng như một dung dịch điện phân. Các cơ chế cho quá trình bóc lớp điện hóa graphit được thể hiện như sau: (a) quá trình điện phân nước tại điện cực tạo ra hydroxyl và gốc oxi tự do, (b) các gốc tự do ôxy hóa cạnh hoặc trong các ranh giới của than chì, (c) quá trình oxy hóa ở mép và ranh giới dẫn đến sự khử phân cực và sự mở rộng của các lớp graphit, tạo điều kiện cho các anion sunfat theo cùng với nước đan xen vào bên trong các lớp graphit, (d) sự khử các anion sunfat xen vào giữa các lớp trong graphit và sự tự oxy hóa nước tạo ra các loại khí như SO 2 và O 2 , chúng tác dụng một lực lớn trên lớp graphit do đó làm yếu liên kết giữa các lớp graphit với nhau được thể hiện trên hình 1.9. 19 Hình 1.9: ( ) Giản ồ minh họ ó ớp i n hó gr phit, ( ) h nh ảnh mảnh gr phit trướ và s u hi ó ớp, ( ) gr ph n ó ớp nổi tr n dung dị h i n phân, (d) ượ phân tán những t m gr ph n (nồng ộ 1 mg/m ) trong DMF và ( ) sơ ồ minh họ ơ h vi ó ớp i n hó gr phit thành rGO [22]. 1.1 3 3 Bó ớp ơ họ Bóc lớp cơ học, là kỹ thuật đầu tiên được sử dụng để tổng hợp graphen. Phương pháp này sử dụng các lực cơ học tác động từ bên ngoài để tách vật liệu graphit dạng khối ban đầu thành các lớp graphen. Với sự tương tác của các liên kết Vander Waals giữa các lớp tương đối yếu, lực cần thiết để tách lớp graphit là khoảng 300 nN/µm 2 [25] đây là lực khá yếu và dễ dàng đạt được bằng cách cọ xát một mẫu graphit trên bề mặt của đế SiO 2 hoặc Si, hoặc dùng băng keo dính. 20 Năm 2004, Geim và Novoselov tìm ra cách chế tạo graphen thông qua dán những mảnh vụn graphit trên một miếng băng keo, gập dính nó lại, rồi kéo giật ra, tách miếng graphit làm đôi. Họ cứ làm như vậy nhiều lần cho đến khi miếng graphit trở nên thật mỏng, sau đó dán miếng băng keo lên silicon xốp và ma sát nó, khi đó có vài mảnh graphit dính trên miếng silicon xốp, và những mảnh đó có thể có bề dày là 1 nguyên tử, chính là GP (hình 1.10). Hình 1.10. Phương pháp tá h ơ họ và màng gr ph n thu ượ [1]. 1 1 3 4 Phương pháp epitaxy Phương pháp epitaxy thường được tiến hành với đế silic cacbua (SiC) thực hiện ở nhiệt độ 1300 0 C trong môi trường chân không cao hoặc ở 1650 0 C trong môi trường khí Argon, do sự thăng hoa của Si xảy ra ở 1150 0 C trong môi trường chân không và ở 1500 0 C trong môi trường khí Argon. Khi được nâng nhiệt đến nhiệt độ đủ cao các nguyên tử Si sẽ thăng hoa, các nguyên tử cacbon còn lại trên bề mặt sẽ được sắp xếp và liên kết lại trong quá trình graphit hóa ở nhiệt độ cao, nếu việc kiểm soát quá trình thăng hoa của Si phù hợp thì sẽ hình thành nên màng graphen rất mỏng phủ toàn bộ bề mặt của đế SiC (hình 1.11). . 21 Hình 1.11: ơ h t o màng gr ph n ằng phương pháp nung nhi t Si [26]. 1 1 3 5 Phương pháp D Hình 1.12. Mô hình mô tả quá tr nh ắng ọng ph hơi hó họ [10] 22 Phương pháp CVD dùng lò nhiệt độ cao giống như phương pháp tổng hợp ống than nano. Niken (Ni), platin (Pt), coban (Co), đồng (Cu) là các chất nền (substrate) phổ biến, các chất nền được đun nóng ở nhiệt độ khoảng 1000 0 C và nguồn cacbon (thông dụng nhất là khí metan (CH 4 )) được thổi qua chất nền, graphen sẽ được hình thành trên bề mặt chất nền [25]. Hình 1.13 H nh ảnh mô tả s h nh thành ớp màng gr ph n tr n ề mặt Ni với nguồn h on à h H 4 [25]. Sau đó đế được khử đi để lộ ra mảng graphen tự do. Trong phương pháp CVD thì chất nền được sử dụng nhiều nhất là Cu có chất lượng tốt hơn rất nhiều so với các lớp màng graphene tổng hợp trên đế Ni. Các màng graphene đơn lớp chất lượng cao với diện tích lớp màng lên tới 30 inch có thể tổng hợp được trên đế Cu. Việc tổng hợp lớp màng graphen đơn lớp không phụ thuộc vào thời gian mọc, tốc độ nâng và hạ nhiệt. Mặt khác nếu xét về khía cạnh kinh tế thì kim loại Cu dễ kiếm và rẻ hơn so với Ni. Trong nước có nhóm tác giả Nguyễn Văn Chúc - Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam tổng hợp graphen bằng phương pháp CVD, các màng graphen với chiều dày 4 nm đã được tổng hợp trên lá Cu [27]. Độ dày của màng graphen và chiều rộng của dải graphen được kiểm soát chính xác bằng cách điều chỉnh nhiệt độ ủ, thời gian tiếp xúc của các chất khí và lựa chọn các chất nền lắng đọng. 1 1 3 6 Phương pháp tá h mở ống n no on Phương pháp này được thực hiện bằng cách mở ống nano cacbon đơn vách (SWCNT) theo hướng dọc tạo thành băng nano graphen. Cho ống nano 23 cacbon tiếp xúc với môi trường “plasma etchant” mở trên dọc thân ống nano cacbon tạo thành nanoribbons graphen hay các băng graphen. Phương pháp này có một số ưu điểm như độ tinh khiết của graphen rất cao do không lẫn bất kỳ dư lượng dung môi hay chất nào khác. Nguồn ống nano cacbon nhiều và tương đối rẻ, quy trình thực hiện nhanh và tạo ra một lượng sản phẩm các băng nano graphen lớn trên một lần thực hiện [28]. Ngoài ra việc mở ống nano cacbon còn có thể thực hiện theo phương pháp khác do Novoselov đề xuất là oxi hóa ống nano cacbon bởi KMnO 4 trong môi trường H 2 SO 4 . Cơ chế này là quá trình oxi hóa anken bởi manganate trong axit. Hình 1.14: Mô h nh mô tả quá tr nh mở ống n no cacbon [29] 1.2. VẬT LIỆU GRAPHEN OXIT tải về 2.35 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
|