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高压微射流法剥离石墨烯

上海奥法美嘉生物科技有限公司  2020-01-06  点击164次

石墨烯自从被发现后便在各个领域内应用的案例逐步增加,对于其基础、应用的研究以及制备方法也成为了大家关注的焦点。

各主流百科对石墨烯的定义是:石墨烯是由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。简言之,石墨烯的前身为石墨,可以想象石墨由诸多单层碳原子堆叠而成,那么石墨烯则是从石墨材料中剥离出来的单层碳原子材料。

由于其具备优异的光、电、力、热传导性能以及相当高的电荷载流子迁移率,特殊稳定的结构所带来的机械强度及柔韧性等常规材料所不具备的物理特性,石墨烯甚至被认为是一种“革命性”的材料。

科学家们尝试了各类制备石墨烯的方法,如机械剥离法、氧化还原法、外延生长法、化学气相沉积法等等,每种方法各有利弊。近年来使用高压均质法制备石墨烯的应用正被开发出来,而高压微射流均质机又凭借着其稳定的处理流量、超高剪切力等工艺特性,使得制备出的成品质量高、缺陷少、同时成本较为低廉。

在使用高压微射流均质法制备时,首先将石墨烯进行一定的处理并加入分散剂形成液态浆料,分散后的石墨浆料经过高压柱塞泵的加压后获得极大的流速,随后浆料通过微米级别的金刚石交互容腔,在其中流经“Z”型的微管通道后出料完成均质。

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浆料流经均质腔体时,因孔径的迅速减小使得流体受到超高剪切力,随后流体在均质腔内部发生强烈碰撞并流出均质腔,加上此过程的强烈碰撞力及压力降带来的空穴效应,使得石墨层之间产生晶面的水平错位和滑移,经过数次甚至数十次的循环均质处理后,产品绝大多数组分最终被剥离得到1~10层的石墨烯。

此方法另一核心亮点在于:浆料本身的高速移动带来的是石墨的逐层剥离,可有效防止传统机械剥离对石墨烯晶体结果的破坏,在得到少层石墨烯的同时又较好保护了石墨烯晶格的完整性。