그래핀 나노판(GNP)은 고전력 팁 초음파 처리를 통해 용매에서 흑연을 박리하여 생성할 수 있습니다. GNP를 형성하기 위한 흑연 박리에 대한 팁 초음파 처리 매개변수의 영향을 이해하기 위해 10, 30, 60, 90에 대해 60, 100, 200 또는 300W의 전력에서 팁 초음파 처리를 통해 3개의 일반적인 박편화된 흑연 샘플을 GNP로 박리했습니다. 120분 또는 180분 GNP 분산액의 농도, 생성된 GNP의 크기 및 결함 밀도, 다양한 팁 초음파 처리 매개변수에서 생성된 GNP 분산액의 침강 거동을 결정했습니다. 결과는 GNP 분산의 농도가 초음파 처리 에너지 입력(초음파 전력 및 시간의 곱)의 제곱근에 비례함을 나타냅니다. 크기와 나 D /나 G 다양한 팁 초음파 처리 전력 및 시간 하에서 생성된 GNP의 값(라만 스펙트럼에 의해 결정됨)은 각각 ~ 1~~ 3 μm 및 ~ 0.1~~ 0.3 범위였으며, 이는 생성된 모든 GNP가 고품질임을 나타냅니다. GNP 분산액의 침강 거동은 분산액이 양호하게 안정한 것으로 나타났으며 각 GNP 분산액의 농도는 96시간 동안 침강 후 초기 농도의 ~ 70%였습니다. 또한, TEM 이미지와 전자 회절 패턴을 사용하여 생성된 GNP가 소수층임을 확인했습니다. 이 연구는 흑연을 GNP로 박리할 때 적절한 팁 초음파 처리 매개변수를 선택하는 데 중요한 의미를 갖습니다.
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그래핀은 ~ 1.0 Tpa의 매우 높은 영률, ~ 5000 W/(m · K)의 초고열전도율, 97.7%의 높은 투과율, ~ 200,000cm
현재까지 그래핀을 생산하기 위해 미세기계적 절단[7], 산화 그래핀의 환원[8, 9], 화학 기상 증착(CVD)[10], 액상 박리(LPE)와 같은 일련의 방법이 개발되었습니다. [11,12,13,14]. Micromechanical cleavage는 고품질의 대면적 GNP를 준비하는 데 사용할 수 있지만 낮은 생산 수율과 낮은 처리량의 단점이 있습니다. 산화 그래핀의 환원은 GNP를 생산하는 데 널리 사용됩니다. 그러나 환원 과정이 모든 산소 작용기를 제거하지는 않습니다. 따라서 산화 그래핀을 환원시켜 생성된 GNP는 여전히 높은 결함 밀도를 유지하여 특성을 저하시킵니다. CVD는 고품질의 단층 또는 소수층 그래핀의 대규모 생산을 위한 유망한 방법입니다. 그러나 이 방법은 고온, 진공과 같은 가혹한 화학 반응 조건을 필요로 하므로 비용이 증가하고 안전 문제가 발생할 수 있습니다. LPE는 Coleman et al.에 의해 처음 수행되었습니다. [11] 배스 초음파 분쇄기를 사용하여 유기 용매에서 흑연을 초음파 처리함으로써. LPE는 저렴한 비용, 단순성 및 대규모 생산 가능성으로 인해 많은 연구자들로부터 많은 관심을 받았고 GNP를 생산하는 유망한 방법이 되었습니다.
일반적으로 LPE 공정은 3단계[15], 즉 적절한 용매에 흑연을 분산시키고, 다른 기술을 사용하여 흑연을 GNP로 박리한 다음, GNP를 정제하는 세 단계를 포함합니다[15]. 많은 연구자들이 유망한 용매를 선별하고 잠재적인 박리 기술을 개발하기 위해 노력했습니다. 용매 스크리닝과 관련하여, 다양한 유기 용매[16], 저비점 용매[17, 18], 계면활성제 용액[12, 19], 이온성 액체[20], 고분자 용액[21], 양친매성 생체분자 용액[22]. 또한 좋은 용매를 예측하기 위해 표면 장력 이론[11]과 Hansen 용해도 매개변수[16]를 사용하여 흑연 박리 메커니즘을 조사했습니다.
박리 기술과 관련하여 초음파 처리 [23,24,25,26], 고전단 혼합 [27, 28], 볼 밀링 [29] 및 고압 균질화 [30]가 LPE에 사용되었습니다. 이러한 방법 중 초음파 처리는 LPE에서 널리 사용되며, 여기에는 목욕 초음파 처리와 팁 초음파 처리의 두 가지 범주가 포함됩니다. 목욕 초음파 처리는 흑연을 박리하는 편리하고 저렴한 방법입니다[31]. 그러나 낮은 에너지 입력과 낮은 박리 효율로 인해 목욕 초음파 처리가 포함된 LPE는 GNP의 대규모 생산 가능성이 거의 없습니다. 최근 일부 연구자들은 고출력 팁 초음파 처리[32,33,34] 또는 팁 초음파 처리와 전단 혼합[35]을 결합하여 GNP의 생산 속도를 크게 높일 수 있음을 보여주고 용기 모양, 초기 흑연 농도의 영향을 조사했습니다. , 액체 부피 및 GNP 수율에 대한 계면활성제 [33]. 또한, Gao et al. 초임계 CO2에서 흑연을 박리하여 GNP를 생산하는 방법을 제시했습니다. /H2 O 압력 반응기와 팁 초음파 장치의 결합을 통한 매질 및 시스템 압력, 초음파 처리 전력, 초임계 CO2 비율의 영향 조사 /H2 그래핀의 수율에 대한 O 등 [36]. 또한, 일부 연구에서는 박리 효율과 GNP의 품질이 입력 전력, 초음파 처리 시간, 프로브 직경 및 초음파 처리 주파수 등과 같은 초음파 처리 매개변수에 의해 영향을 받을 수 있다고 제안했습니다[14]. 그러나 팁 초음파 처리 매개변수가 생산된 GNP의 품질에 미치는 영향을 이해하기 위한 체계적 연구는 거의 수행되지 않았습니다.
이 연구는 GNP로 흑연의 박리에 팁 초음파 처리 능력과 시간의 영향을 결정하는 것을 목표로 합니다. 먼저, 표면 장력이 다른 일련의 에탄올/물 용매 혼합물을 사용하여 세 종류의 박편화 흑연 샘플을 분산시켰다. GNP 농도가 가장 높은 용매 혼합물을 분산 액체 매질로 선택했습니다. 그런 다음 농도, 크기, 결함 밀도 및 침강 거동을 포함한 GNP의 품질을 다양한 팁 초음파 처리 전력 및 시간에서 결정했습니다. 이 연구는 흑연을 GNP로 박리할 때 적절한 팁 초음파 처리 매개변수를 선택하는 데 중요한 의미를 갖습니다.
표면 열역학에 따르면 Gibbs 자유 에너지의 변화(ΔG ) 흑연 박리 전후를 사용하여 GNP의 분산을 예측할 수 있습니다. 일반적으로 ΔG 흑연 조각을 GNP로 각질 제거하기 위해
$$ \Delta G=2N{\gamma}^{\mathrm{GL}}-2{\gamma}^{\mathrm{GL}}=2\left(N-1\right){\gamma}^{ \mathrm{GL}} $$ (1)여기서 N 분산 후 GNP의 수이고 γ GL 는 GNP와 액체 매질 사이의 계면 자유 에너지입니다. 결합 규칙에 따르면 γ GL GNP의 표면 장력에서 계산할 수 있습니다(γ GV ) 및 액체 매질의 표면 장력(γ) LV ),
로 표현할 수 있습니다. $$ {\gamma}^{\mathrm{GL}}={\gamma}^{\mathrm{GV}}+{\gamma}^{\mathrm{LV}}-2\sqrt{\gamma^{\ mathrm{GV}}{\gamma}^{\mathrm{LV}}}={\left(\sqrt{\gamma^{\mathrm{GV}}}-\sqrt{\gamma^{\mathrm{LV} }}\오른쪽)}^2 $$ (2)식에 따르면 (1) 및 (2), γ GV 일정합니다. 분명히 γ LV GNP의 분산에 영향을 미치며 이는 일부 이전 연구[11, 16]에서 지적되었습니다. 또한, γ일 때 GV γ와 같습니다. LV , ΔG 는 최소이며 이는 액체 매질에 GNP를 분산시키는 것이 유리함을 나타냅니다.
여기서, 적합한 분산 액체 매질을 선택하기 위해, 에탄올과 초순수를 미리 정해진 비율로 혼합하여 다양한 표면 장력을 갖는 일련의 이원 용매 혼합물을 제조하였다. 이러한 용매 혼합물의 표면 장력(범위:22~50mJ/m 2 ) 표면 장력계(K100, Krüss GmbH, Germany)를 사용하여 20°C에서 측정했습니다. 이 연구에서 ~ 10μm(G10으로 표시됨, Xiamen Knano GNPs Technology Co. Ltd., 중국), ~ 30μm(G30, Chengdu Organic Chemicals Co. Ltd., 중국) 크기의 상업적으로 이용 가능한 3개의 플레이크 흑연 샘플, 및 ~ 100μm(G100, Xiamen Knano GNPs Technology Co. Ltd., 중국)이 사용되었습니다. 실험 중에 박편화된 흑연 샘플(4mg)을 일련의 에탄올/물 용매 혼합물(40mL)에 첨가한 다음 팁 초음파 분쇄기(Scientz-950E, Scientz Biotechnology Co. Ltd., 중국)를 사용하여 박리했습니다. sonicator의 팁은 직경이 6mm였습니다. 생성된 GNP 분산액을 1000rpm에서 30분 동안 원심분리(TGL-10 K, Shanghai Anting Scientific Instrument, 중국)하여 응집체를 제거했습니다. UV-Vis 분광 광도계(Epoch, BioTek, Winooski, VT, USA)를 사용하여 각 분산액의 광학 밀도(OD)를 평가하여 표면 장력이 다른 일련의 용매 혼합물에서 GNP의 농도를 측정했습니다. GNP 농도가 가장 높은 용매 혼합물을 다음 실험을 위한 분산 액체 매질로 선택했습니다.
GNP로의 흑연 박리 거동에 대한 팁 초음파 처리 전력 및 시간의 영향을 이해하기 위해 박편화된 흑연 샘플을 10, 30, 60, 90에 대해 60, 100, 200 또는 300W의 전력으로 팁 초음파 처리에 의해 박리했습니다. 120분 또는 180분 각 박리 실험에서 박편화된 흑연(4mg)을 선택한 분산 액체 매질(40mL)에 첨가한 다음 팁 초음파 분쇄기로 초음파 처리했습니다. 온도 조절 수조가 있는 온도 제어 시스템은 초음파 처리 중에 분산을 20°C로 유지했습니다. 분산액을 1000rpm에서 30분 동안 원심분리하여 응집된 흑연 플레이크를 침전시켰다. 마지막으로 상층액을 수집하여 다양한 팁 초음파 처리 능력 및 시간에서 생성된 GNP의 특성을 특성화했습니다.
다양한 팁 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 생성된 GNP의 품질을 평가하기 위해 GNP 분산 농도, GNP의 크기, 결함 밀도 및 층, 선택된 분산 액체 매질에서 GNP의 침강 거동을 다양한 특성으로 특성화했습니다. 행동 양식. 구체적으로, GNP의 크기는 10kV에서 주사 전자 현미경(SEM; Nova NanoSEM 430, FEI, Hillsboro, OR, USA)에 의해 관찰되었습니다. SEM 샘플은 GNP 분산액을 Si 기판에 피펫팅하여 준비했습니다. GNP의 결함 밀도는 514nm 레이저를 사용하는 라만 분광법(LabRAM HR800, Horiba Jobin-Yvon, France)으로 특성화되었습니다. 라만 분광법을 위한 샘플은 유리 슬라이드에 GNP 필름을 증착하여 준비했습니다. 분산액의 GNP 농도는 UV-Vis 분광광도계(Epoch, BioTek, Winooski, VT, USA)를 사용하여 600nm에서 각 분산액의 OD를 평가하여 측정되었습니다. 선택된 분산 액체 매질에서 GNP의 침강 거동은 동일한 UV-Vis 분광 광도계를 사용하여 시간에 따른 GNP 농도의 변화를 결정함으로써 추정되었습니다. 생성된 GNP의 층은 200kV에서 투과 전자 현미경(TEM; Tecnai F30, FEI, Hillsboro, OR, USA)에 의해 결정되었습니다. 구멍이 있는 탄소 메쉬 그리드에 각 GNP 분산액을 피펫팅하여 TEM 분석용 샘플을 준비했습니다.
그림 1은 표면 장력이 22~50mJ/m2 인 에탄올과 초순수의 용매 혼합물에서 GNP의 농도를 보여줍니다. . 구체적으로, 용매 혼합물의 표면 장력에 따른 GNP 분산액의 OD 및 질량 농도는 그림 1a에 나와 있습니다. 또한 GNP 분산액의 질량 농도와 OD 사이의 관계는 추가 파일 1에 나와 있습니다. 그림 1b는 에탄올의 부피 분율과 용매 혼합물의 표면 장력 사이의 관계를 보여줍니다. 결과는 GNP 분산액의 농도가 용매 혼합물의 표면 장력에 크게 의존함을 나타냅니다. 세 조각의 흑연 샘플 모두 ~ 30mJ/m 2 의 표면 장력으로 에탄올(45 vol%)-물(55 vol%) 혼합물에 가장 효과적으로 분산되었습니다. , 이는 이전 문헌[17]과 잘 일치했습니다. 따라서 표면 장력이 30mJ/m 2 인 에탄올/물 혼합물은 박편화된 흑연 샘플을 박리하기 위한 분산 액체 매질로 선택되었습니다.
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아 에탄올-물 용매 혼합물의 표면 장력에 따른 G10, G30 및 G100 박편화 흑연 샘플을 박리하여 생성된 그래핀 분산액의 광학 밀도 및 질량 농도. ㄴ 용매 혼합물의 표면 장력과 물(주황색) 및 에탄올(파란색)의 부피 분율 사이의 관계
다양한 초음파 처리 전력 및 시간을 사용하여 생성된 GNP 분산액의 농도는 UV-Vis 분광법에 의해 결정되었습니다. 그림 2(a1), (b1), (c1)은 표면 장력이 30mJ/m2인 물-에탄올 혼합물에서 생성된 GNP의 OD 및 질량 농도를 보여줍니다. 초음파 처리 능력과 시간의 함수로. 결과는 GNP 분산액의 농도가 초음파 처리 능력과 시간 모두에 따라 증가함을 나타냅니다. G100은 표면 장력이 30mJ/m 2 인 에탄올-물 혼합물에서 박리되지 않았습니다. 60 W 100 W의 초음파 처리 파워에서. 특히 동일한 초음파 처리 시간 동안 GNP 분산의 농도는 초음파 처리 파워에 따라 증가했습니다. 또한 동일한 초음파 처리 능력에서 GNP 분산액의 농도는 처음에는 급격히 증가하다가 초음파 처리 시간이 길어질수록 천천히 증가했습니다. 초음파 처리 시간이 120분에 도달하면 GNP 분산액의 농도가 거의 변하지 않은 상태로 유지되었습니다. 이러한 결과는 특정 초음파 처리 시간 후에 GNP 분산의 최대 농도가 얻어지고 그 이후에는 더 이상의 초음파 처리가 효과적이지 않음을 나타냅니다. 더욱이, 결과는 300W의 초음파 출력에서 생성된 GNP 분산액의 농도가 60, 100 및 200W의 초음파 출력에서 생성된 분산물의 농도보다 훨씬 더 높음을 보여주었습니다.
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(a1) G10, (b1) G30 및 (c1) G100을 다양한 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 박리하여 생성된 GNP 분산액의 농도. 초음파 에너지 입력의 함수로서 (a2) G10, (b2) G30 및 (c2) G100을 박리하여 생성된 GNP 분산액의 농도
GNP 분산 농도에 대한 팁 초음파 처리 전력 및 시간의 영향을 평가하기 위해 에너지 입력 간의 관계, 즉 E , (초음파 처리 시간 곱하기 초음파 처리 전력) 및 GNP 분산액의 농도를 결정했습니다. 그림 2(a2), (b2), (c2)는 GNP 분산 농도와 에너지 투입량 사이의 관계를 \( {C}_g={aE}^{\raisebox{1ex}{)로 설명할 수 있음을 보여줍니다. $1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.} \), 여기서 C g 는 GNP 분산의 농도이며 a 는 실험 데이터를 피팅하여 결정된 매개변수입니다. 아 G10, G30 및 G100을 박리하여 얻은 GNP 분산의 값은 1.612 × 10 − 4 입니다. , 4.175 × 10 − 4 및 1.061 × 10 − 4 mg/(mL · kJ ½ ), 각각. 이러한 결과는 에너지 입력이 증가함에 따라 GNP 분산의 농도가 처음에는 급격히 증가하고 천천히 증가한다는 것을 보여 주었으며, 이는 목욕 초음파 처리를 통해 흑연을 GNP로 박리하는 Coleman [23] 및 Bracamonte [37]의 이전 연구 결과와 잘 일치합니다. .
그림 3은 다양한 팁 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 G10, G30 및 G100 박편 흑연 샘플을 박리하여 생성된 GNP의 크기를 보여줍니다. 그림 3(a1), (b1), (c1)은 서로 다른 팁 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 G10, G30 및 G100을 각질 제거하여 생성된 GNP의 평균 크기를 보여줍니다. GNP의 평균 크기는 각 샘플에 대해 약 100개의 GNP를 분석하여 결정되었습니다. 결과는 초음파 처리 능력과 시간이 증가함에 따라 생성된 GNP의 크기가 약간 감소함을 나타냅니다. 박편화된 흑연의 초기 크기에 관계없이 다양한 팁 초음파 처리 시간 및 전력을 사용하여 생성된 GNP의 크기는 ~ 1에서 ~ 3 μm 범위였습니다. G100은 60 W 100 W의 초음파 처리에서 박리되지 않았기 때문에 그림 3(c1)은 200 및 300 W의 초음파 처리에서 박리된 GNP의 크기만 보여줍니다.
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(a1) G10, (b1) G30 및 (c1) G100 박편화 흑연 샘플을 박리하기 위해 다양한 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 생성된 GNP의 평균 크기. 박편화 흑연 샘플 (a2) G10, (b2) G30 및 (c2) G100의 SEM 이미지. (a3) 60분, (a4) 120분, (a5) 180분 동안 300W의 초음파 처리에서 G10을 박리하여 생성된 GNP의 SEM 이미지. (b3) 60분, (b4) 120분, (b5) 180분 동안 300W의 초음파 처리에서 G30을 박리하여 생성된 GNP의 SEM 이미지. (c3) 60분, (c4) 120분 및 (c5) 180분 동안 300W의 초음파 처리에서 G100을 박리하여 생성된 GNP의 SEM 이미지
생성된 GNP의 크기에 대한 초음파 처리의 영향을 설명하기 위해 이 세 가지 흑연 샘플의 SEM 이미지와 300W의 초음파 처리 전력에서 서로 다른 기간 동안 박리하여 얻은 GNP의 SEM 이미지가 그림 3에 제공됩니다. 60, 120, 180분 동안 60, 100, 200W의 팁 초음파 처리 전력은 추가 파일 1에 나와 있습니다. 구체적으로 그림 3(a2), (b2), (c2)는 초기 크기를 보여줍니다. 흑연 플레이크, 즉, 각각 G10, G30 및 G100. 이미지는 G10, G30, G100이 모두 많은 층의 두께를 갖고 있으며 크기가 각각 약 10, 30, 100μm임을 나타냅니다. 그림 3(a3), (a4), (a5)는 각각 60, 120, 180분 동안 300W의 팁 초음파 처리 전력에서 에탄올-물 혼합물에서 G10을 박리하여 생성된 GNP의 SEM 이미지를 보여줍니다. 초음파 처리 시간이 60분일 때 생성된 GNP는 120분 또는 180분 동안 초음파 처리하여 얻은 것보다 약간 두껍다는 것을 알 수 있습니다. 후자의 두 번의 초음파 처리 시간은 거의 동일한 두께의 GNP를 제공했습니다. 그림 3(b3), (b4) 및 (b5)는 각각 60, 120, 180분 동안 300W의 팁 초음파 처리 전력에서 G30을 박리하여 생성된 GNP의 SEM 이미지를 표시합니다. 한편, 그림 3(c3), (c4), (c5)는 각각 60분, 120분, 180분 동안 300W의 팁 초음파 처리에서 G100을 박리하여 생성된 GNP의 SEM 이미지를 보여줍니다. 이러한 결과는 모두 초음파 처리 능력과 시간이 증가함에 따라 생성된 GNP의 두께가 감소함을 나타냅니다.
전반적으로 결과는 초음파 처리 능력과 시간이 증가함에 따라 생성된 GNP의 크기가 약간 감소함을 보여주었습니다. 그러나 박편화된 흑연의 초기 크기에 관계없이 다양한 팁 초음파 처리 시간과 전력을 사용하여 생성된 GNP는 크기가 ~ 1~ 3 μm 범위였습니다.
다양한 초음파 처리 능력 및 시간을 사용하여 생성된 GNP의 결함 밀도는 라만 분광법에 의해 결정되었습니다. 일반적으로 D의 강도 비율은 1350cm의 밴드 − 1 G 1580cm의 밴드 − 1 (나 D /나 G )는 GNP의 결함 밀도를 특성화하는 데 사용됩니다[33]. 더 작은 나 D /나 G 값은 GNP의 더 낮은 결함 밀도를 나타냅니다. 나 D /나 G 다른 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 박리된 GNP의 값은 그림 4(a1), (b1) 및 (c1)에 히스토그램으로 표시됩니다. 또한 60, 120 또는 180분 동안 60, 100, 200 또는 300W의 전력으로 박리된 초기 흑연 플레이크 및 GNP의 일반적인 라만 스펙트럼이 추가 파일 1에 나와 있습니다. I D /나 G 팁 초음파 처리 시간 및 전력이 증가함에 따라 GNP의 값이 약간 증가했습니다. 그럼에도 불구하고 나 D /나 G 다양한 팁 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 생성된 GNP의 값은 ~ 0.1에서 ~ 0.3 범위였으며, 이는 생성된 모든 GNP가 낮은 결함 밀도, 즉 고품질임을 나타냅니다. 또한 추가 파일 1:그림 S5, S6 및 S7은 초음파 처리 능력과 시간이 증가함에 따라 G GNP의 밴드가 더 넓어졌고, 이는 GNP의 대부분의 결함이 기저면 결함이 아니라 가장자리 결함임을 의미합니다.
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나 D /나 G (a1) G10, (b1) G30 및 (c1) G100에서 다양한 초음파 처리 능력 및 시간을 사용하여 생성된 GNP의 값. 나 D /나 G 초음파 에너지 입력의 함수로서 (a2) G10, (b2) G30 및 (c2) G100을 박리하여 생성된 GNP의 값
팁 초음파 처리 파워와 시간이 생성된 GNP의 결함 밀도에 미치는 영향을 철저히 이해하기 위해 박리 시 에너지 입력을 고려했습니다. 그림 4(a2), (b2), (c2)는 I D /나 G 팁 초음파 처리 중 값 및 에너지 입력. 분명히, 박편화된 흑연 샘플의 초기 크기에 관계없이 I D /나 G 생산된 모든 GNP 중 에너지 입력이 선형적으로 증가했습니다. 고품질 GNP를 생산하려면 초음파 처리 능력과 시간을 줄여야 함을 나타냅니다. 또한 결과는 I D /나 G G30을 박리하여 생성된 GNP의 값은 G10 및 G100을 박리하여 생성된 GNP보다 훨씬 낮았습니다. 이는 깨끗한 흑연 샘플의 품질 차이로 인해 발생할 수 있습니다.
액체 매질에서 GNP의 침강 거동은 그래핀 분산의 안정성을 나타냅니다. 그림 5는 침강 시간의 함수로 GNP 분산액의 OD를 결정하여 추정된 30, 60, 120, 180분 동안 300W의 초음파 처리에서 생산된 액체 매질에서 GNP의 침강 거동을 보여줍니다. 30, 60, 120, 180분 동안 60, 100, 200W의 초음파 처리에서 생성된 GNP 분산액에 대한 침강 곡선은 추가 파일 1에서 찾을 수 있습니다. 결과는 다양한 초음파 처리를 사용하여 생성된 GNP 분산액의 농도를 나타냅니다. 전력과 시간은 모두 처음 12시간 동안 급격히 감소한 다음 평준화되었습니다. 96시간 침강 후 G10을 60분, 120분 및 180분 동안 300W의 초음파 처리에서 박리하여 생성된 GNP 분산액의 농도는 각각 초기 농도의 61.8%, 70.1%, 70.5%였습니다. G30의 경우 96시간 침강 후 60, 120 및 180분 동안 300W의 초음파 처리를 사용하여 생성된 GNP 분산액의 농도는 해당 GNP 분산액의 초기 농도의 62.5%, 71.2% 및 71.2%였습니다. , 각각. 한편, G100에서 생성된 GNP 분산액을 60분, 120분 및 180분 동안 300W의 초음파 처리를 사용하여 96시간 동안 침강시킨 후, 분산액의 농도는 초기 값의 65.9%, 71.6%, 72.3%, 각각.
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a 각질 제거로 생성된 GNP 분산의 침전 곡선 G10, b G30 및 c 300W의 초음파 처리 능력에서 G100
이러한 결과는 다양한 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 생성된 GNP 분산액의 농도가 모두 처음 12시간 동안 급격히 감소한 다음 평평해짐을 나타냅니다. 96시간 동안 침강한 후 GNP 분산액의 농도는 초기 값의 약 70%였습니다. 또한, 120분 동안 다양한 초음파 처리 파워에서 생성된 액체 매질 내 GNP 분산액의 안정성은 다양한 초음파 처리 파워에서 180분 동안 생성된 것과 거의 동일했습니다.
다양한 팁 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 박리된 GNP의 품질에 기초하여, GNP의 크기는 플레이크 흑연의 초기 크기에 관계없이 ~ 1에서 ~ 3 μm 범위임을 알 수 있습니다. 한편, 나 D /나 G 다양한 팁 초음파 처리 능력과 시간을 사용하여 생성된 GNP의 값은 모든 GNP가 고품질임을 보여주었습니다. 또한, 300W의 초음파 처리 파워에서 생성된 GNP 분산액의 농도는 60, 100 및 200W의 초음파 처리 파워에서 생성된 분산액의 농도보다 훨씬 높았습니다. 또한 GNP 분산액의 침전 곡선은 120분 동안 다양한 초음파 파워에서 생성된 GNP 분산액의 180분 동안 다양한 초음파 파워에서 생성된 분산액과 거의 동일했습니다. 위에서 언급한 모든 요소를 고려하여 GNP를 형성하기 위해 흑연을 박리하는 데 적합한 팁 초음파 처리 매개변수는 120분 동안 300W의 초음파 처리 능력이 될 수 있다고 생각합니다.
더욱이, GNP의 두께는 일반적으로 품질의 중요한 지표입니다. 따라서 300W에서 120분 동안 초음파 처리하여 생성된 GNP의 두께는 TEM에 의해 추가로 결정되었습니다. 그림 6a–c는 각각 120분 동안 300W의 초음파 처리 전력에서 G10, G30 및 G100을 박리하여 생성된 GNP의 명시야 TEM 이미지를 보여줍니다. 120분 동안 300W의 초음파 처리에서 생성된 단층 또는 소수층 GNP의 존재를 확인하기 위해 GNP의 전자 회절 패턴을 입사각 0°에서 측정했습니다. 구체적으로, 도 6d는 도 6b의 GNP의 전자 회절 패턴을 나타내며, 이는 GNP의 전형적인 결정 구조와 일치하는 6중 대칭 패턴을 포함한다. 또한 이 육각형 패턴에서는 {1100} 점의 강도가 {2110} 점보다 강합니다. 강도 대 {2110} 강도의 비율을 검사하려면(I {1100} /나 {2110} ), 일부 점은 그림 6d와 같이 선으로 맞춰졌습니다. 그림 6은 내부 피크가 외부 피크보다 더 강렬하며 I {1100} /나 {2110} 약 1.30입니다. 이전 작업은 나 {1100} /나 {2110} <1, GNP는 AB 스택이 있는 다층이어야 하지만 I {1100} /나 {2110}> 1, GNP는 단층이어야 합니다[38]. 따라서 결과는 120분 동안 300W의 초음파 처리 전력을 사용하여 단층 또는 소수층 GNP가 생성되었음을 나타냅니다.
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a 각질 제거로 생성된 GNP의 TEM 이미지 G10, b G30 및 c 120분 동안 300W의 초음파 처리 전력에서 G100 플레이크 흑연 샘플. d b의 흰색 원 위치에서 취한 전자 회절 패턴 . 이 d의 선을 따라 취한 회절 강도
GNP 분산액의 농도, 생성된 GNP의 크기 및 결함 밀도, GNP 분산액의 침강 거동을 분석하여 팁 초음파 처리 전력 및 시간이 흑연이 GNP로 박리되는 데 미치는 영향을 결정했습니다. 결과는 GNP 분산의 농도가 초음파 처리 전력 및 시간의 곱, 즉 초음파 처리 에너지 입력과 관련이 있음을 나타냅니다. GNP 분산 농도와 초음파 에너지 입력 간의 관계는 \( {C}_g={aE}^{\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex }{$2$}\오른쪽.} \). 초음파 처리 능력과 시간이 증가함에 따라 생성된 GNP의 크기는 감소한 반면 GNP의 결함 밀도는 약간 증가했습니다. GNP 분산액의 침전 곡선은 모든 GNP 분산액의 농도가 96시간 동안의 침전 후 초기 값의 약 70%임을 나타냅니다. TEM 이미지는 120분 동안 300W의 초음파 처리에서 박리된 GNP가 소수층임을 나타냅니다. 이 연구는 흑연을 GNP로 박리할 때 적절한 팁 초음파 처리 매개변수를 선택하는 데 중요한 의미가 있습니다.
화학 기상 증착
그래핀 나노혈소판
액상 각질 제거
광학 밀도
주사전자현미경
투과전자현미경
나노물질
초록 PIT(plasmonically induced transparent) 효과를 구현하기 위한 일반적인 플라즈몬 시스템은 주로 하나의 단일 결합 경로만 허용하기 때문에 하나의 단일 PIT만 존재합니다. 이 연구에서 우리는 두 개의 전환 가능한 PIT 효과를 달성하기 위해 유전체 격자가 장착된 그래핀 층 공진기와 결합된 그래핀 나노리본(GNR)으로 구성된 별개의 그래핀 공진기 기반 시스템을 제안합니다. 공진기의 교차 방향을 설계함으로써 제안된 시스템은 서로 다른 공진 위치와 선폭을 특징으로 하는 두 가지 서로 다른 PIT 효과가
빅 데이터가 등장한 이후로 현대 컴퓨터 과학은 새로운 기능과 처리 능력 벤치마크에 도달했습니다. 요즘은 빅데이터로 간주되는 100테라바이트 이상의 데이터 세트를 생성하는 애플리케이션을 찾는 것이 일반적입니다. 이처럼 방대한 양의 정보가 손에 잡혀 있으면 무질서해지고 쓸데없는 내용으로 시간을 낭비하기 쉽습니다. 빅 데이터 프로젝트의 효율성과 효율성을 높이는 방법론을 따르는 것이 매우 중요한 두 가지 이유입니다. 그림 1. 최신 데이터 과학은 빅 데이터라고도 하는 매우 큰 데이터 세트를 사용합니다. 데이터 과학 수명
