3D Graphene
Graphene 3D không phải là một dạng thù hình cacbon mới. Đó là carbon sp2 thuộc họ graphene được thiết kế thành một cấu trúc xốp liên tục, thường thông qua quá trình tự lắp ráp, khử và làm khô graphene oxit. Do đó, quyết định về vật liệu phụ thuộc vào kiến trúc: bảo toàn diện tích bề mặt có thể tiếp cận, đường dẫn ion, mật độ thấp, khả năng nén và tính liên tục của điện tử mà không làm hỏng hoặc đóng gói lại mạng.
Cấu trúc
Một tấm graphene đơn là một tấm carbon hai chiều. Các tiểu phiến nano graphene là các tiểu phiến xếp chồng lên nhau hoặc chồng lên nhau. Graphene 3D có hình dạng khác: graphene hoặc các tấm graphene oxit khử trở thành các bức tường của một bộ xương xốp liên tục.
Single sheet: --------
Restacked GNP: ========
========
3D Graphene: /\\/\\--/\\/\\
| x x |
\\/\\/--\\/\\/Tính năng hữu ích không phải là nhãn hóa học mới. Đó là cách mạng lưới xốp giữ cho nhiều diện tích tấm được mở hơn, giảm việc đóng gói lại và tạo ra đường dẫn carbon được kết nối.
Các phương án chuẩn bị phổ biến
Các tuyến đường thương mại và phòng thí nghiệm thường bắt đầu bằng việc phân tán oxit graphene. Trong một lộ trình, GO tự lắp ráp hoặc tạo gel, mạng bị đóng băng hoặc làm khô và quá trình khử sẽ khôi phục khung họ graphene dẫn điện tốt hơn. Trong một cách khác, quá trình khử thủy nhiệt chuyển GO thành hydrogel ba chiều trước khi sấy khô.
| Phương án | Trình tự điển hình | Vấn đề cần lưu ý khi thẩm định |
|---|---|---|
| Self-assembly / freeze drying | Phân tán GO -> mạng gel hoặc đông lạnh -> khử -> mạng graphene xốp | Làm đông khô, mức độ khử, cặn oxy, sự xẹp lỗ chân lông và tính dễ vỡ cơ học. |
| Hydrothermal assembly | Phân tán GO -> khử thủy nhiệt -> hydrogel 3D -> sấy khô | Nồng độ GO, nhiệt độ và thời gian khử, lộ trình sấy, mật độ và độ dẫn cuối cùng. |
Tính chất sàng lọc điển hình
Sử dụng các giá trị sau làm phạm vi sàng lọc, không phải theo thông số kỹ thuật cấp Vật liệu Aurexene đã được phê duyệt. Khuyến nghị công khai cần có TDS/SDS hoặc COA được phê duyệt cùng với phương pháp, mật độ, trạng thái nén, cấu trúc lỗ rỗng và thử nghiệm ứng dụng.
| Thuộc tính | Phạm vi sàng lọc | Tại sao phương pháp quan trọng |
|---|---|---|
| Diện tích bề mặt riêng | 300-1500 m2/g; giá trị cao hơn có thể có trong các cấu trúc được tối ưu hóa | BET phụ thuộc vào tình trạng khô, giảm, khả năng tiếp cận lỗ chân lông và liệu lỗ chân lông có còn mở hay không. |
| Độ dẫn điện | 100-10000 S/m là phạm vi sàng lọc phụ thuộc vào kiến trúc | Mật độ, sự giảm thiểu, ủ, nén và các mối nối tấm kiểm soát độ dẫn khối. |
| Khối lượng riêng biểu kiến | 5-50 mg/cm3 đối với nhiều khái niệm sàng lọc giống aerogel | Mật độ thấp cải thiện trọng lượng nhẹ nhưng làm giảm khối lượng tiếp xúc rắn. |
| Độ rỗng | Often above 95% | Độ xốp cải thiện khả năng tiếp cận và khuếch tán nhưng có thể làm giảm sự dẫn nhiệt số lượng lớn. |
Độ phù hợp ứng dụng
Graphene 3D phù hợp với các ứng dụng có diện tích bề mặt có thể tiếp cận và vấn đề liên tục về điện: khung dẫn pin, siêu tụ điện, giá đỡ chất xúc tác, giá đỡ xúc tác điện, hấp phụ dầu, bộ hấp thụ EMI, dây dẫn nhẹ và cấu trúc nhạy áp suất.
Nó cần được xử lý thận trọng trong công việc giao diện nhiệt mặc định. Các tấm graphene có thể có độ dẫn nhiệt trong mặt phẳng rất cao, nhưng bọt hoặc aerogel chứa không khí, các mối nối của tấm, thể tích chất rắn thấp và nhiều bề mặt tiếp xúc. Những tính năng đó có thể làm cho việc truyền nhiệt qua mặt phẳng với số lượng lớn thấp hơn nhiều so với giá trị ở mức tấm.
Ứng dụng liên quan và hiểu biết kỹ thuật
- Vật liệu pin
- Vật liệu che chắn EMI
- Nhựa và lớp phủ dẫn điện
- Xúc tác
- Tản nhiệt
- Cách phân biệt GNP, GO, rGO, Graphene tẩy tế bào chết dạng ion-lỏng và Graphene 3D
- Tại sao Graphene 3D là cấu trúc Graphene xốp, không phải là dạng thù hình cacbon mới