Die chemische Exfoliationsmethode für die Graphen-Synthese istExfoliation in flüssiger Phase. Bei dieser Methode wird Energie eingesetzt, um Graphit in einem Lösungsmittel zu exfolieren, das eine geeignete Oberflächenspannung aufweist, um das resultierende Graphen zu stabilisieren. Das Lösungsmittel ist in der Regel nicht wässrig, wie z. B. n-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), oder kann wässrig sein, wenn ein Tensid hinzugefügt wird. Die Energie für die Exfoliation wird zunächst durch Ultraschallbeschallung bereitgestellt, doch werden zunehmend auch hohe Scherkräfte eingesetzt. Die Ausbeute bei diesem Verfahren ist in der Regel gering und liegt bei wenigen Prozent, so dass eine Zentrifugation erforderlich ist, um einen signifikanten Anteil an ein- und zweischichtigen Graphenflocken in der endgültigen Suspension zu erhalten.
Erläuterung:
- Auswahl des Lösungsmittels: Die Wahl des Lösungsmittels ist entscheidend, da es die richtige Oberflächenspannung haben muss, um die Graphenflocken zu stabilisieren. Üblicherweise werden nichtwässrige Lösungsmittel wie NMP verwendet, aber auch wässrige Lösungen können wirksam sein, wenn ein Tensid hinzugefügt wird, um die Aggregation zu verhindern.
- Energiezufuhr: Ursprünglich war die Beschallung mit einem Ultraschallhorn die wichtigste Methode, um die für die Exfoliation erforderliche Energie bereitzustellen. Bei dieser Methode wird das Graphit-Lösungsmittel-Gemisch hochfrequenten Schallwellen ausgesetzt, die Kavitationsblasen erzeugen, die kollabieren und lokal hohe Energie erzeugen, wodurch das Graphit zu Graphen abgeschält wird. Hohe Scherkräfte, wie sie in Hochgeschwindigkeitsmischern oder mikrofluidischen Geräten erzeugt werden, werden jedoch immer beliebter, da sie ein kontrollierteres und effizienteres Exfolieren ermöglichen.
- Erhöhung der Ausbeute: Aufgrund der geringen Ausbeute des Exfoliationsprozesses wird die Zentrifugation eingesetzt, um die gewünschten ein- und mehrschichtigen Graphenflocken vom Bulkmaterial und den größeren, mehrschichtigen Flocken zu trennen. Dieser Schritt ist entscheidend, um eine Suspension mit einer hohen Konzentration der gewünschten Graphenflocken zu erhalten.
Berichtigung und Überprüfung:
Die Angaben sind korrekt und entsprechen den typischen Prozessen bei der Flüssigphasenexfoliation von Graphen. Das beschriebene Verfahren ist gut etabliert und eignet sich besonders für die skalierbare Herstellung von Graphen, auch wenn die elektrische Qualität des erzeugten Graphen möglicherweise nicht so hoch ist wie bei anderen Verfahren wie der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Die Beschreibung des Prozesses, einschließlich der Verwendung verschiedener Lösungsmittel und des Energieeinsatzes, entspricht dem aktuellen Stand der Wissenschaft und der Praxis auf diesem Gebiet.
