文丨栋栋不爱动
编辑丨栋栋不爱动
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前言
石墨烯是一种神奇的碳纳米材料，具有优异的电学、机械、化学和光学性能，适用于制造现代电子设备，如超级电容器、传感器、场效应管等。液相剥离是一种经济、安全、简便的石墨烯合成方法，不需要有害化学物质、有毒气体。
该方法获得的低浓度石墨烯限制了其在各个领域的应用。已经采用了各种技术来提高某些有机溶剂中的石墨烯浓度。添加剂和盐类的加入可以在一定程度上提高有机溶剂中的石墨烯浓度。
解释了早期在提高石墨烯浓度方面所做的工作 。该技术通过使用新的盐和添加剂来提高溶剂中的石墨烯浓度。比较了用各种添加剂获得的结果，发现通过在NMP溶剂中添加蒽，石墨烯浓度增加。
该工艺可以很容易地扩大规模以获得更好的性能，由此产生的高浓度石墨烯可用于制造高效的现代电子设备。
石墨烯研究
石墨烯是研究和探索最多的纳米材料，具有卓越的机械、电学、光学和化学性能。石墨烯是由KostyaNovoselov和AndreGeim通过机械去角质方法发现的。石墨烯具有由碳原子组成的二维六方蜂窝结构。
石墨烯是高度透明的，因为它反射97%的落在其上的光，这使得它对于制造透明导电电极非常有用。石墨烯的其他奇特特性是高载流子迁移率，杨氏模量为0TPa。石墨烯的导电性大约是铜的200倍，比钢强100倍。
由于其非常高的导电性，高透明度和柔韧性 ，它被用于制造各种设备，如柔性透明显示器，储能设备等。石墨烯可以通过机械剥离法、电化学法、液相剥落法和CVD法等多种方法制备。
在石墨烯的发现之后，为了寻找合适的石墨烯合成技术，已经进行了大量的研究。石墨烯合成方法应方便、经济，可以在实验室中轻松进行，并且不需要复杂的设备。机械去角质法是最古老、最简单的方法，可以很容易地在大学实验室中用于制备几微米长度的石墨烯。
透明胶带反复从石墨源中剥离各种石墨烯层。这种方法的缺点是耗时，并且不能给出厚度均匀的石墨烯片。它不是一种生产高质量石墨烯片的可扩展方法。
化学剥落法使用有害酸从石墨源中剥离石墨烯片。当石墨粉在硫酸和硝酸溶液中混合时，单个石墨烯片之间的平面间距离增加，因此发生剥落。增加石墨烯片之间平面间距离的技术称为插层。插层的优点是插层后，插层石墨可以通过超声处理容易地剥落。
CVD技术用于在铜，镍，钴等各种基板上生产高质量的石墨烯 。基材被放置在炉内，碳氢化合物气体在高温下通过。碳氢化合物气体中存在的碳沉积在基板上形成石墨烯层。
CVD方法可用于高质量石墨烯的可扩展合成。石墨烯已成功沉积在各种基板上，悍马法是一种众所周知的制备高产石墨烯的方法。石墨粉首先用高锰酸钾转化为氧化石墨，通过超声处理进一步转化为氧化石墨烯。
rGO的大部分性能与石墨烯相匹配，但由于rGO中的结构缺陷，它不能产生高质量的石墨烯。而且，由于使用有害和有毒的化学品，它也不是安全的方法。
rGO的大部分性能与石墨烯相匹配，但由于rGO中的结构缺陷，它不能产生高质量的石墨烯。由于使用有害和有毒的化学品，它也不是安全的方法。
阳极和阴极都浸入电解质溶液中， 电解质溶液通常是酸溶液，如硫酸、磷酸等 。在阳极和阴极之间施加10VDC后，石墨烯剥落开始。
将积累在电解质中的石墨烯纳米片过滤，洗涤和干燥，以使用SEM，TEM等进行表征。在这种方法中合成石墨烯还使用了各种有毒有害的酸和化学物质。
液相去角质
石墨烯的液相剥离使用超声工艺从溶剂中的石墨中剥离石墨烯。石墨具有由范德华力附着的各种石墨烯层，如果使用的溶剂具有接近40-50mJ的表面张力，则可以克服这一点范围。一些常用的溶剂是DMF和ODCB。
由悍马方法制备的rGO对于制造电子设备]。电子设备制造需要高质量的无缺陷石墨烯，可以通过液相剥离轻松制备，并且无法通过悍马方法生产。液相剥离制备的高质量石墨烯适用于现代电子设备应用。 石墨烯具有高量子电容、电化学性能可以帮助探测各种爆炸物 。
虽然液相剥离技术与其他石墨烯合成方法相比是安全环保的技术，但其缺点是得到的石墨烯浓度较低。需要提高石墨烯的浓度，以制造更好，更高效的电子器件。
通过将超声处理时间增加到数周而不是在石墨烯纳米片中产生缺陷的数小时，可以提高石墨烯浓度。已使用的其他方法是混合溶剂、溶剂交换，溶剂热去角质，插层剂。已经观察到氢氧化钠和萘可以提高有机溶剂中的石墨烯浓度。
表面张力接近40-50mJ的溶剂对于通过超声工艺合成石墨烯非常有用。一些满足该标准的溶剂，甲基吡咯烷酮，苯甲酸苄酯二氯苯，苯乙酮，苯甲腈，二甲基*砜亚**二氧六环用于浓度增强。
已经发现添加有机盐可以提高各种有机溶剂中的石墨烯浓度。除了各种盐外，还探索了一些添加剂，如酚酞和蒽， 以提高溶剂中的石墨烯浓度 。
将石墨粉添加到浓度为100mg的NMP，DMSO和CYN溶剂中。然后加入100mg添加剂或盐并超声处理3小时，并以3000rpm离心30分钟。使用上清液使用紫外-可见光谱进行表征，以应用兰伯特啤酒定律来查找石墨烯浓度。
紫外-可见光谱绘制吸光度随波长的变化。该技术基于特定波长范围内的吸收与用于表征的样品颜色成正比的原理。从紫外-可见光谱中观察到，在特定波长下，吸光度最大。对于纯石墨烯样品，峰吸光度在270nm附近获得。当杂质和*能官**团被引入石墨烯时，吸光度峰从270nm转移。
绘制紫外-可见光谱曲线后，我们计算了660nm波长处的吸光度值 。该吸光度A可用于通过应用兰伯特啤酒定律来找到石墨烯的浓度。使用石墨烯紫外光谱中660nm处的吸光度值计算吸收系数值α=2460ml的石墨烯浓度。
添加剂嵌入石墨层，通过帮助去角质过程来提高石墨烯浓度。该过程产生的石墨烯纳米片用于使用SEM和TEM进行表征。石墨烯纳米片的透射电镜结果表明，已经产生了单层和几层重叠的纳米片。
DMSO溶剂通过添加酒石酸钠，氯化钠，氯化钾，乙二胺四乙酸二钠，柠檬酸钠，萘和酚酞并分析其紫外光谱来提高石墨烯浓度。紫外光谱中660nm处的吸光度用于通过兰伯特啤酒定律找到石墨烯浓度。
浓度增强的主要原因是添加剂嵌入到石墨烯层上并有助于去角质过程。添加添加剂后去角质所需的时间更少。与有机盐相比，无机盐KCl不会增强DMSO中的石墨烯浓度。低浓度的一个原因可能是添加KCl时石墨烯纳米片的聚集。
使用各种石墨烯样品的紫外-可见光谱来找到660nm处的吸光度值 。该吸光度值A，吸收系数α用于找到比尔定律给出的石墨烯浓度。
这里，A是660nm处的吸光度，l是样品路径长度，C是浓度和恒定α=2460ml。重复此过程以计算其他溶剂中的石墨烯浓度。从他们的紫外-可见光谱。
在使用CYN溶剂重复此过程后，观察到在CYN中通过添加酚酞添加剂达到最大浓度。通过添加酚酞添加剂，石墨烯浓度最多可提高九倍。
正如预期的那样，无机盐如CaCl，KCl不会提高石墨烯浓度。与无机盐相比，有机盐在柠檬酸钠给出的最大浓度下，对浓度的提高更有用。
在NMP溶剂中加入盐和添加剂后，石墨烯浓度变化较大，通过添加蒽添加剂观察到NMP中石墨烯的最大浓度为08mg/ml。与有机盐相比，无机盐KCl不会增加NMP中的石墨烯浓度。
添加剂和溶剂的结构也会影响浓度 。蒽具有三个苯环的结构。那些在其结构中具有苯环的溶剂提供了最高的石墨烯浓度增强。二恶烷和DMSO等溶剂产生最低石墨烯浓度，因为它们中没有苯环结构。
NMP、BZN和ODCB由于苯环结构表现出最大石墨烯浓度。两种有机溶剂BB和ACP除了苯环外还具有侧链，这限制了它们在各个石墨层之间的插层，因此与其他溶剂相比，石墨烯浓度最低。
已经探索了各种添加剂和盐来增强NMP，ODCB，DMF，CYN，DMSO溶剂中的石墨烯浓度。已经观察到，在CYN中添加酚酞可将石墨烯浓度从005增加到045mg。在DMSO溶剂中添加SC盐后，石墨烯浓度从002增加到015mg与早期发表的作品相当。
已经探索了在溶剂NMP，DMSO，ODCB，BZN，ACP，和二恶烷中添加蒽添加剂的效果，并且已经观察到浓度取决于添加剂-溶剂结构和相互作用。
由于蒽的分子结构有三个苯环 ，因此具有苯环结构的溶剂产生最大浓度的NMP、BZN、ODCB溶剂。比较了用各种添加剂获得的结果，发现通过在NMP溶剂中添加蒽，石墨烯浓度增加到04mg。
这一结果与早期发表的关于萘添加剂。发现蒽在BZN溶剂中比萘在NMP溶剂中更有用。与其他溶剂相比，蒽在浓度增强方面的作用在甲基吡咯烷酮正二氯苯和BZN溶剂中最为突出。
有机溶剂苯乙酮、苯甲酸苄酯、二恶烷和DMSO的浓度最低。加入蒽后，NMP和ODCB溶剂中的石墨烯浓度增加到04mg比较的标准是添加剂在各种溶剂中增加的浓度多少倍。
结论
通常液相剥离产生低浓度的石墨烯，不适合电子设备制造。已经探索了各种添加剂和盐来增强有机溶剂中的石墨烯浓度。已经发现新的添加剂，如酚酞和蒽，可以提高NMP，ODCB，DMSO和BZN等溶剂中的石墨烯浓度。
通过在环己酮溶剂中添加酚酞，石墨烯浓度从005增加到045mg，通过添加柠檬酸钠有机盐，二甲基*砜亚**中的石墨烯浓度从002增加到015mg。还研究了在七种有机溶剂NMP、DMSO、ODCB、BZN、ACP、 和二氧六环中添加蒽添加剂的效果。
添加剂-溶剂相互作用影响石墨烯生产产率。由于具有三个苯环的添加剂蒽的分子结构与NMP，BZN等溶剂的结构相匹配，因此导致石墨烯浓度的提高。
比较了用各种添加剂获得的结果，发现通过在NMP溶剂中添加蒽，石墨烯浓度增加到04mg。与在NMP溶剂中添加萘相比，在BZN溶剂中添加蒽添加剂可显著提高倍。
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