Els científics han descobert per què l'òxid de grafè no només es crema a altes temperatures, sinó que obre la porta a un mètode prometedor i econòmic per produir grafè. La investigació es troba a la revista Carbon.
Fa més d'una dècada que es va atorgar un premi Nobel per a la investigació experimental sobre el grafè, però els científics encara no han trobat la manera d'obtenir grafè de gran superfície i d'alta qualitat que sigui econòmic, eficient i prou escalable com per satisfer els sectors industrials. necessitats. La reducció del grafè a partir de l'òxid de grafè mitjançant la irradiació làser sembla ser un enfocament prometedor: mitjançant l'ús de mètodes químics per preparar l'òxid de grafè a partir del grafit normal, la tecnologia de reducció assistida per làser és molt prometedora en termes de control de costos i qualitat del material.
Fa uns anys, un equip d'investigadors de Skoltech va descobrir que l'òxid de grafè es pot escalfar a 3300-3800 K, fins i tot en condicions atmosfèriques, per produir grafè d'una qualitat bastant alta.
Nikita Orekhov va dir: "Aquest resultat va sorprendre els nostres col·legues: la temperatura era molt alta, però van obtenir un material ben estructurat. Els materials de carboni es cremen fàcilment a l'oxigen atmosfèric a 600-800 K o més, mentre que en experiments a temperatures més altes, El grafè aconsegueix bones propietats estructurals". Nikita Orekhov, directora associada del Laboratori de Mètodes de Supercomputadors de Física de la Matèria Condensada del MIT, va dir: "Per tal d'esbrinar la causa d'aquest efecte inesperat, vam decidir estudiar el procés de reducció de l'òxid de grafè a alta temperatura mitjançant models atòmics de supercomputadors i dur a terme més estudis seguint el disseny experimental dels nostres companys".
Sota l'acció del pols làser, els àtoms de carboni marcats en vermell al límit de la làmina de grafè "es cremen". B - A la regió central de la làmina de grafè es produeix el recuit: el grafè està disposat en l'estructura estable correcta.
Els investigadors van trobar que, d'una banda, a altes temperatures (T> 3000k) els àtoms d'oxigen de l'entorn del gas interactuen amb el grafè, oxidant-lo i destruint-lo. D'altra banda, el recuit ràpid de la xarxa cristal·lina comença a la mateixa temperatura, la qual cosa permet l'eliminació dels defectes. Durant el recuit, l'estructura de gelosia es redreça en lloc de desintegrar-se.
La temperatura i les corbes de relació I (G) / I (D) de la matriu rGO disminueixen a diferents velocitats làser i velocitats de repetició de pols.
"Resulta que dos processos oposats ocorren simultàniament en diferents llocs del material exposat als polsos làser: la combustió o la destrucció es concentra prop dels defectes i límits de les làmines de grafè, on els àtoms de carboni tenen l'activitat química més activa, mentre es recuit. es produeix principalment al centre de les làmines, on els àtoms tendeixen a tornar a una configuració estable". Stanislav Evlashin, investigador principal del Centre de Tecnologia de Materials (CMT) de Skoltech.
Les troballes aporten llum sobre com es comporta l'òxid de grafè a temperatures extremes, on els experiments directes són gairebé impossibles. Entendre el procés descrit en aquest article pot ajudar a desenvolupar i optimitzar els mètodes per obtenir grafè d'alta qualitat d'un sol cristall de gran superfície.
Estructura atòmica (a) i esquema d'estat tèrmic (b) de GO. L'evolució temporal del nombre atòmic total (c), el nombre atòmic del carboni (d) i el nombre atòmic d'oxigen (e) durant la simulació a diferents temperatures. Els àtoms de carboni, oxigen i hidrogen es mostren en blau, vermell i gris, respectivament.
Font: Mecanisme de reducció làser d'òxid de grafè a condicions ambientals: estudi experimental i ReaxFF, Carbon (2022). DOI:10.1016/j.carbon.2022.02.018;LaserReduction controlable de pel·lícules d'òxid de grafè per a aplicacions fotoelectròniques, ACSApplied Materials & Interfaces (2016). DOI:10.1021/acsami.6b10145