Применение высокоскоростной гидродинамической технологии для получения графеновых наносупензий из природных графитов

Описание

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2024

Идентификатор DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-4-521-530

Ключевые слова: graphene, liquid phase exfoliation, hydrodynamic treatment, графен, жидкофазная эксфолиация, гидродинамическая обработка

Аннотация: Carbon nanostructures have been in the focus of world science for more than 25 years, since the discovery of fullerenes in 1985, single-walled carbon nanotubes in 1993, graphene in 2004, graphene quantum dots in 2004. Graphene is a monocrystalline graphite films (2D material) with a thickness of several atoms that are stable under Показать полностьюenvironmental conditions and they have excellent electronic, mechanical, chemical, thermal and optical properties. All over the world, research and development of new methods of using graphene in various fields such as energy, oil production, materials science, and electronics are actively carried out. Currently, the use of graphene-containing materials as modifiers for the creation of durable and effortless materials in aviation, automotive and other branches of engineering is an urgent problem. It is advisable to introduce graphene particles into the composition of composite materials using their stable dispersions in a liquid medium. The production of colloidal graphene suspensions is effective in many cases using the method of liquid phase exfoliation of graphite. The paper presents the results of studying the physico-chemical properties of aqueous graphene suspensions obtained by liquid-phase exfoliation of natural graphites using high-speed hydrodynamic technology. Graphite grades GK-1 and GAK-2 (Grafitservice, Chelyabinsk, Russia) are crystalline graphites obtained by enrichment of graphite ores and joint enrichment of natural graphite ores and graphite-containing waste from metallurgical industries, respectively. Graphite suspensions were prepared in distilled water with 1 wt.% graphite, surfactant was added to some samples, processing time (3-120 min), rotor rotation speed (4 000-11 000 rpm). The resulting graphene suspensions were investigated by XRD, by electron microscopy and sedimentation analysis methods. The particle size was determined using the DT-1202 electroacoustic spectrometer. The presence of multilayer graphene is confirmed by comparing the results of XRD with the literature data. Along with multilayer graphene, the presence of graphene dots was detected. Aqueous graphene suspensions for graphites with different sedimentation times have been obtained. For graphite GAK-2 - six days, for graphite GK-1 - 90 days, for graphite GK-1 + surfactant - 6 months. Углеродные наноструктуры находятся в центре внимания мировой науки более 25 лет, с момента открытия фуллеренов в 1985 г., одностенных углеродных нанотрубок в 1993 г., графена в 2004 г., графеновых квантовых точек в 2004 г. Графен стабилен в условиях окружающей среды и обладает отличными электронными, механическими, химическими, тепловыми и оптическими свойствами. Во всем мире активно проводятся исследования и разработки новых методов применения графена в различных областях, таких как энергетика, нефтедобыча, материаловедение, электроника и т. д. В настоящее время использование графеносодержащих материалов в качестве модификаторов для создания прочных и легких материалов в авиации, автомобилестроении и других отраслях инженерии являются актуальной проблемой. Введение графеновых частиц в состав композиционных материалов целесообразно осуществлять, используя их устойчивые дисперсии в жидкой среде. Получение коллоидных графеновых суспензии во многих случаях эффективно, используя метод жидкофазной эксфолиации графита. В работе представлены результаты изучения физико-химических свойств водных графеновых суспензий, полученных методом жидкофазной эксфолиации природных графитов высокоскоростной гидродинамической технологии. Графиты марок ГК-1 и ГАК-2 (ГрафитСервис, Челябинск, РФ) - это кристаллические графиты, полученные с помощью обогащения графитовых руд и совместном обогащении природных графитовых руд и графитосодержащих отходов металлургических производств соответственно. Графитовые суспензии были приготовлены на дистиллированной воде с 1 масс. % графита, к некоторым образцам было добавлено поверхностно-активное вещество (ПАВ), время обработки 3-120 мин, скорость вращения ротора 4 000-11 000 об/мин. Полученные графеновые суспензии были исследованы методами РФА, электронной микроскопией и седиментационного анализа на электроакустическом спектрометре DT-1202. Наличие многослойного графена подтверждено сопоставлением результатов РФА с литературными данными. Наряду с многослойным графеном обнаружено присутствие графеновых точек. Получены водные графеновые суспензии для графитов с различным временем седиментации. Для графита ГАК-2 - шесть суток, для графита ГК-1 - 90 суток, для графита ГК-1 + ПАВ - 6 месяцев.

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал

Выпуск журнала: Т. 25, 4

Номера страниц: 521-530

ISSN журнала: 27128970

Место издания: Красноярск

Издатель: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева

Персоны

  • Стебелева Олеся Павловна
  • Кашкина Людмила Васильевна
  • Вшивкова Ольга Антоновна
  • Минаков Андрей Викторович

Вхождение в базы данных