Bilim insanları, grafen oksidin neden yalnızca yüksek sıcaklıklarda yanmadığını, aynı zamanda grafen üretmenin umut verici ve ucuz bir yönteminin kapısını açtığını keşfetti. Araştırma Carbon dergisinde yer alıyor.
Grafen üzerine yapılan deneysel araştırmalara Nobel Ödülü verilmesinden bu yana on yıldan fazla zaman geçti, ancak bilim insanları hala endüstriyel gereksinimleri karşılayacak kadar ucuz, verimli ve ölçeklenebilir yüksek kaliteli, geniş alanlı grafen elde etmenin bir yolunu bulamadılar. ihtiyaçlar. Grafenin grafen oksitten lazer ışınımıyla indirgenmesi umut verici bir yaklaşım gibi görünüyor: Sıradan grafitten grafen oksit hazırlamak için kimyasal yöntemler kullanan lazer destekli indirgeme teknolojisi, maliyet ve malzeme kalitesi kontrol edilebilirliği açısından büyük umut vaat ediyor.
Birkaç yıl önce Skoltech'ten bir araştırmacı ekibi, oldukça yüksek kalitede grafen üretmek için grafen oksidin atmosferik koşullar altında bile 3300-3800 K'ye kadar ısıtılabileceğini keşfetti.
Nikita Orekhov şunları söyledi: "Bu sonuç meslektaşlarımızı şaşırttı: sıcaklık çok yüksekti, ancak iyi yapılandırılmış bir malzeme elde ettiler. Karbon malzemeler, 600-800 K veya daha yüksek sıcaklıklarda atmosferik oksijende kolayca yanarken, daha yüksek sıcaklıklarda yapılan deneylerde, Grafen iyi yapısal özelliklere ulaşıyor." MIT Yoğun Madde Fiziği Süper Bilgisayar Yöntemleri Laboratuvarı direktör yardımcısı Nikita Orekhov şunları söyledi: "Bu beklenmedik etkinin nedenini bulmak için, süper bilgisayar atom modellerini kullanarak yüksek sıcaklıktaki grafen oksitin indirgeme sürecini incelemeye ve ek çalışmalar yapmaya karar verdik. meslektaşlarımızın deneysel tasarımını takip eden çalışmalar."
Lazer darbesinin etkisi altında, grafen tabakasının sınırındaki kırmızı işaretli karbon atomları "yanar". B - Grafen tabakasının orta bölgesinde tavlama meydana gelir: grafen doğru kararlı yapıda düzenlenir.
Araştırmacılar, bir yandan yüksek sıcaklıklarda (T> 3000k) gaz ortamındaki oksijen atomlarının grafen ile etkileşime girerek onu oksitlediğini ve yok ettiğini buldu. Öte yandan, kristal kafesin hızlı tavlanması aynı sıcaklıkta başlar ve bu da kusurların giderilmesine olanak tanır. Tavlama sırasında kafes yapısı parçalanmak yerine düzleşir.
RGO dizisinin sıcaklık ve I(G)/I(D) oranı eğrileri, farklı lazer hızlarında ve darbe tekrarlama oranlarında azalır.
"Lazer darbelerine maruz kalan malzemenin farklı yerlerinde aynı anda iki zıt işlemin meydana geldiği ortaya çıktı: yanma veya yıkım, tavlama sırasında karbon atomlarının en aktif kimyasal aktiviteye sahip olduğu grafen tabakalarının kusurları ve sınırları yakınında yoğunlaşıyor. esas olarak atomların kararlı bir konfigürasyona dönme eğiliminde olduğu tabakaların merkezinde meydana gelir." Stanislav Evlashin, Skoltech Malzeme Teknolojisi Merkezi'nin (CMT) baş araştırma bilimcisi.
Bulgular, doğrudan deneylerin neredeyse imkansız olduğu aşırı sıcaklıklarda grafen oksidin nasıl davrandığına ışık tutuyor. Bu yazıda açıklanan sürecin anlaşılması, geniş alanlı tek kristalli yüksek kaliteli grafen elde etmeye yönelik yöntemlerin daha da geliştirilmesine ve optimize edilmesine yardımcı olabilir.
GO'nun atomik yapısı (a) ve termal durum şeması (b). Farklı sıcaklıklarda simülasyon sırasında toplam atom numarasının (c), karbon atom numarasının (d) ve oksijen atom numarasının (e) zaman içindeki gelişimi. Karbon, oksijen ve hidrojen atomları sırasıyla mavi, kırmızı ve gri renkte gösterilmiştir.
Kaynak: Ortam koşullarında grafen oksit lazer indirgeme mekanizması: Deneysel ve ReaxFF çalışması, Carbon (2022). DOI:10.1016/j.karbon.2022.02.018;Fotoelektronik Uygulamalar için Grafen Oksit Filmlerin Kontrol Edilebilir Lazer İndirgenmesi, ACSUygulamalı Malzemeler ve Arayüzler (2016). DOI:10.1021/acsami.6b10145