Die chemische Exfoliationsmethode für die Graphen-Synthese istExfoliation in der Flüssigphase.
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 dieses Verfahrens 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 fertigen Suspension zu erhalten.
Die 3 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. 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.
2. 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 der 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.
3. 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 für die Gewinnung einer Suspension mit einer hohen Konzentration der gewünschten Graphenflocken.
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