Как сделать графен: две секунды в микроволновой печи / Хабр

Ученые придумали, как сделать графен в 200 раз дешевле

26 июня 2019, 16:04   
 2513

Графен — один из самых важных и многообещающих материалов современности. Эта двумерная углеродная пленка невероятно прочна, обладает массой полезных свойств и может применятся в самых разных сферах — от электроники до медицины и космических технологий. В общем, это настоящая технологическая панацея. 

Увы, имеется проблема. Производство графена слишком дорого, токсично и небезопасно для его повсеместного применения. Но, кажется, только что эту проблему решили. Австралийские ученые из Мельбурнского королевского технологического университета (RMIT) придумали, как получать графен из эвкалипта.

Как это работало до сих пор

Единственный способ быстрого и массового получения графена — химический. Графен восстанавливают из оксида. Этот оксид получается из графита — повсеместно распространенной формы углерода. На графит воздействуют сильными кислотами, в результате чего образуется оксид с примесями различных кислород- и водородсодержащих групп.

Следующим шагом этот оксид помещают в щелочь. В результате вещество распадается на отдельные листы оксида графена. И уже этот обработанный щелочью оксид нужно избавить от связей с кислородом, чтобы он превратился в готовый графен.

Увы, нужной химической реакции можно добиться лишь с применением взрывчатых или токсичных соединений — борогидрида натрия, гидразин­-гидрата и диметилгидразина. Из-за этого химическое производство графена невероятно сложно реализовать в крупных масштабах. Ведь большая графеновая фабрика представляла бы собой колоссальную угрозу для людей и окружающей среды.

Какой метод предлагают австралийцы

Решение, предложенное учеными RMIT, изящно и экологично. Для получения графена они использовали раствор полифенолов эвкалипта, полученный из экстракта коры дерева. Полифенольные соединения позволяют восстанавливать расслоенный оксида графена (после обработки щелочью) в нейтральной водной среде. 

По словам ученых, их коллеги и раньше пытались использовать растительные вещества, но результат получался некачественным. Экстракт коры эвкалипта был использован впервые. И оказалось, что полученный с его помощью графен даже превосходит по качеству свои аналоги, созданные с применением токсичных веществ. А еще он в сотни раз дешевле. 

“Наше решение может снизить стоимость производства графена с сотни долларов за грамм до всего 50 центов” — говорит Суреш Бхаргава, соавтор работы из RMIT.

Почему это важно

Как уже говорилось, графен — технологическая панацея нашего времени. Он способен радикально изменить наш мир, сделав буквально каждый его аспект немного лучше. С его помощью можно создавать более мощные компьютеры, более прочные и легкие автомобили. Малый вес и высокая прочность графена делают его основным кандидатом на роль стройматериала для орбитального “лифта в космос”.   А недавно ученые сообщали, что графен может найти применение в борьбе с раком. 

Читайте также:
Полностью автономных роботов-убийц создадут в течение двух лет

В общем, применений для графена больше, чем можно себе представить. До сих пор многие инициативы разбивались о труднодоступность этого вещества. Теперь же, когда найден дешевый способ получения графена, мы станем свидетелями настоящего всплеска в связанных с ним исследованиях. А значит, в скором будущем весь мир может стать чуть более высокотехнологичным. 

Химики научились делать графен из отбросов

Ученые разработали новый метод синтеза графена, для которого в качестве исходного реактива годится любое
твердое вещество с высоким содержанием углерода, в том числе пищевые отбросы,
древесный уголь, нефтяной кокс, автомобильные покрышки или смешанные
пластиковые отходы. Данным методом удалось получить слабо упорядоченный графен
с чистотой до 99 процентов, пишут авторы в журнале Nature.

Графен — одна из
аллотропных модификаций углерода, которая представляет собой плоские листы
атомарной толщины. Графен
обладает рядом уникальных механических, химических и электронных свойств, что
потенциально делает его востребованным в большом количестве областей науки и
техники. Однако на данный момент широких применений у графена нет, так как существующие
методы синтеза вещества годятся либо для получения крошечных количеств
высококачественных образцов, либо для промышленного синтеза неориентированных
хлопьев низкого качества.

Большинство способов
крупномасштабного получения графена опирается на подход «сверху-вниз», то есть
в той или иной форме использует расслаивание графита путем его окисления до
оксида, а затем восстановление полученного соединения до отдельных чешуек
графена. При этом используются сильные и токсичные окислители, а материал на
выходе, как правило, невысокого качества из-за наличия дефектов. Подход «снизу-вверх»,
с другой стороны, используется для синтеза отдельных листов высокого качества,
например, посредством осаждения из газовой фазы. Некоторые из таких методов
можно масштабировать, но в таком случае также не удается сохранить высокое
качество продукта.

Американские химики под
руководством Джеймса Тура (James Tour) из Университета Райса придумали новый
метод, который частично объединяет преимущества двух существовавших подходов.
Авторы показали, что пропускание мощного импульса электрического тока через
богатое углеродом вещество приводит к синтезу большого количества графена,
причем субстратом могут быть самые распространенные и дешевые продукты, которые
необходимо измельчить и поместить в керамическую емкость между электродами. В
результате с разумными энергозатратами и без применения едких реактивов удается
за одно включение получать до нескольких грамм турбостратного графена, то есть обладающего
слоистой структурой, но со случайно повернутыми слоями.

Работа основывается на
предыдущих исследованиях этой группы, в которых графен получался при помощи
облучения технического углерода лазерными импульсами. Затем ученые узнали о
работе другой группы, в которой металлические наночастицы получали при помощи
пропускания мощного тока, что должно оказывать примерно одинаковое воздействие
— резкий нагрев.

Последовавшие
эксперименты с гибридной методикой позволили найти параметры электрического импульса,
подходящие для достижения необходимых трех тысяч кельвин, а детальное
изучение образцов подтвердило формирование графена. При этом исходный субстрат практически
полностью испаряется в течение десяти миллисекунд, а затем атомы углерода
выстраиваются в нужную конфигурацию из газовой фазы.

Авторы отмечают, что
полученный материал хорошо подходит в качестве добавки, например, в
строительные материалы, такие как бетон и асфальт, а также пластмассы. В
частности, исследователи уже определили, что добавление синтезированного
графена в количестве всего 0,05 объемных процентов увеличивает прочность на
сжатие у бетона на четверть. Существуют также инициативы по улучшению с помощью
графена дорожных покрытий и красок.

Ранее ученые улучшили каталитические свойства графена при помощи птичьего помета, превратили его в аномальный магнит и предложили удешевить его производство в сотни раз с применением коры эвкалипта.

Тимур Кешелава

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Сделайте графен на кухне с помощью мыла и блендера

Джейкоб Арон

Чудесный материал, который вы можете сделать в блендере

(Изображение: Science Picture Co/Science Photo Library)

Сначала насыпьте немного графитового порошка в блендер. Добавьте воду и жидкость для мытья посуды и перемешайте на высокой скорости. Поздравляем, вы только что создали чудо-материал графен.

Этот удивительно простой рецепт теперь является самым простым способом массового производства чистого графена — листов углерода толщиной всего в один атом. Было предсказано, что этот материал произведет революцию в электронной промышленности благодаря своим необычным электрическим и термическим свойствам. Но до сих пор производство высококачественного графена в больших количествах было затруднительным — лучшие лабораторные методы позволяют производить менее половины грамма в час.

«Есть компании, производящие графен с гораздо большей скоростью, но качество не является исключительным», — говорит Джонатан Коулман из Дублинского Тринити-колледжа в Ирландии.

Реклама

Команда Коулмана была нанята Томасом Суоном, химической фирмой из Консетта, Великобритания, чтобы придумать что-то лучшее. Из предыдущей работы они знали, что графен можно отделить от графита — формы углерода, содержащейся в графите карандаша. Графит, по сути, состоит из листов графена, сложенных вместе, как колода карт, и правильное скольжение по нему может разделить слои.

Углеродный коктейль

Команда поместила графитовый порошок и жидкий растворитель в лабораторный миксер и включила его. Анализ с помощью электронного микроскопа подтвердил, что они производили графен со скоростью около 5 граммов в час. Чтобы выяснить, насколько хорошо процесс может масштабироваться, они опробовали различные типы двигателей и растворителей. Они обнаружили, что кухонный блендер и Fairy Liquid, британский бренд жидкости для мытья посуды, также справятся с этой задачей.

«Если вы используете блендер, зачем использовать модное дорогое поверхностно-активное вещество? Почему бы не использовать самое простое поверхностно-активное вещество, и я думаю, что это Fairy Liquid», — говорит Коулман.

Тем не менее, Коулман говорит, что вам не стоит пробовать это дома. Точное количество требуемой жидкости для мытья посуды зависит от свойств графитового порошка, таких как распределение зерен по размерам и от того, загрязняют ли образец какие-либо материалы, кроме углерода. Их можно определить только с помощью современного лабораторного оборудования. Этот метод также не превращает весь графит в графен, поэтому два материала впоследствии необходимо разделить.

«Это забавный эксперимент, но на нем далеко не уедешь, — говорит Колман. «Вы можете сделать черную жидкость, полную графена, но каков следующий шаг?» Вместо этого расчеты команды показывают, что метод можно масштабировать до промышленного уровня — 10 000-литровый чан с правильным двигателем может производить 100 граммов в час. Томас Свон уже начал работу над пилотной системой.

Полезные дефекты

Коулман в восторге от научного потенциала дешевого широко распространенного графена. Например, предыдущий лабораторный эксперимент показал, что добавление капельки графена к полиэстеру повышает его прочность на 50%, поскольку графен является одним из самых прочных известных материалов. Новый метод производства позволит получить достаточно графена, чтобы масштабировать его для промышленных процессов, которые обычно требуют килограммов сырья.

Андреа Феррари из Кембриджского университета говорит, что возможность производить большое количество высококачественного графена полезна, но не обязательна для всех приложений. Графен с дефектами легче связывается с другими молекулами, что делает его пригодным для разработки аккумуляторов или композитных материалов.

Тем не менее, простота метода перекликается с оригинальным выделением графена Андреем Геймом и Константином Новоселовым из Манчестерского университета. Они использовали клейкую ленту и карандаш, метод, который принес им Нобелевскую премию в 2010 году.

«Оглядываясь назад, наши первоначальные планы масштабирования были ужасно сложными, что оказалось ненужным», — говорит Коулман. «Возможно, мы плохо понимаем, насколько простыми могут быть вещи».

Ссылка на журнал: Природные материалы , DOI: 10.1038/nmat3944

Еще по этим темам:

• электроника

4 отличных метода получения графена в домашних условиях, а также основы графена

Что такое графен?

Графен представляет собой однослойный углеродный полимер.

Графен состоит из чистого углерода. Это материал, в котором атомы углерода расположены в один слой, образуя соты.
Следует подчеркнуть, что этот слой углерода имеет толщину всего в один атом, хотя некоторые авторы считают графеном до десяти слоев углерода.
Если бы мы наложили друг на друга десять или более слоев графена, полученное вещество назвали бы графитом, который мы используем в грифелях карандашей.

Термин «графен» ввел Ханнс-Питер Бём. Некоторые ученые называют графен фразой «полупроводник с нулевой запрещенной зоной».
Он также известен под вариантами написания, такими как графен и графен, но они неверны в английском языке, хотя они могут быть допустимы в других языках.

Если вы заинтересованы в создании собственного графена, прокрутите вниз до раздела «Как сделать графен дома» или
посетите отдельную страницу только с инструкциями по графену своими руками.
Вы, вероятно, захотите прокрутить вниз, если вы уже слышали о производстве графена с помощью DVD-привода Lightscribe, но вам нужен оксид графита в качестве отправной точки.
Если вы хотите инвестировать в графен или технологию, связанную с графеном, ознакомьтесь с разделом «Как инвестировать в графен».

Открытие графена

Теоретически графен был предсказан Филипом Р. Уоллесом в его работе под названием «Полосная теория графита», опубликованной в Physical Review в 1947 году.
Графен был открыт в 2003 году Андреем Геймом и Костей Новоселовым в Манчестерском университете, а результаты были опубликованы в 2004 году.
За эту работу они были удостоены Нобелевской премии 2010 года.
Чтобы пояснить это, хотя графен успешно выращивался на различных монокристаллических подложках с 19 в.70-е,
только в 2003 году графен был окончательно выделен в свободной форме. Интересно знать, что использовали обычные липкие
лента для производства небольшого количества графена.
Это очень важно, потому что электрические и физические свойства графена значительно отличаются, когда он находится в свободном состоянии.
в отличие от того, чтобы быть связанным с поддерживающей кристаллической структурой.

Свойства графена

Графен обладает рядом очень интересных свойств. Как мы узнали, графен представляет собой сотовую структуру, состоящую исключительно из атомов углерода.
Мы делаем все возможное, чтобы объяснить эти свойства с точки зрения непрофессионала. Если вы предпочитаете сами видеть цифры вместе с нашими источниками, пожалуйста
посетите нашу страницу о свойствах графена. Эта страница может пригодиться
если вы проводите какое-то научное исследование или просто хотите узнать, где найти точную информацию. Если иное не отмечено,
Основное внимание в этой статье уделяется графену свободной формы.

Электронная транспортная система и мобильность электронов

Очень важным свойством графена является его уникальная система электронного транспорта и, как следствие, высокая подвижность электронов.
Подвижность электронов описывает, насколько быстро электрон может двигаться через материал.
Металлы и полупроводники представляют особый интерес из-за их использования в электронике.

Скорость электрона ограничена взаимодействием с кристаллической решеткой.
С точки зрения непрофессионала, когда электрон движется через материал,
он сталкивается с атомами, из которых состоит материал, и эти столкновения замедляют электрон, ограничивая его максимальную скорость (тем самым нагревая материал,
создавая кошмары для инженеров, работающих над этим).
Реальность, конечно, немного сложнее, но этого приближения достаточно для нашего обсуждения.

В то время как кремний, являющийся основой современной микроэлектроники, имеет подвижность электронов 2/Vs,
графен имеет подвижность электронов 200000 см ² /Вс, что почти в 200 раз выше, чем у кремния. Это означает, что электроны движутся намного быстрее через графен.

Графен превосходит кремний по скорости

Судя только по этому факту, теоретически электронные устройства на основе графена могут работать почти в 200 раз быстрее, чем обычные устройства на основе кремния.
Исследователям IBM удалось добиться частоты переключения до 280 ГГц в графеновом полевом транзисторе с длиной затвора 40 нм.
Ученые ожидают, что в 2013 году частота среза графеновых полевых транзисторов достигнет 600 ГГц.
в то время как теоретический предел составляет примерно до 10 ТГц, если длина затвора составляет несколько нм.
Для сравнения, кремний-германиевые (SiGe) транзисторы достигают максимальной рабочей частоты менее 100 ГГц.
Будем надеяться, что прорыв в графене поддержит закон Мура.

Низкое удельное сопротивление

Еще одним свойством графена, тесно связанным с высокой подвижностью электронов, является его низкое удельное сопротивление.
Удельное сопротивление листа графена составляет 10 ^-6 Ом*см. Чтобы представить это число в перспективе,
удельное сопротивление графена ниже, чем удельное сопротивление серебра при комнатной температуре.
Кстати, при комнатной температуре серебро было материалом с самым низким удельным сопротивлением, известным ученым — до тех пор, пока не появился графен.

Почему свободная форма графена лучше?

Графен произвольной формы действует как волновод для электронов. Это означает, что они могут свободно течь без столкновений.
со скоростью примерно 1/10 скорости света в вакууме. Однако при выращивании графена на такой подложке, как SiO2,
его электронная подвижность уменьшается в пять раз. Снижение подвижности электронов является следствием чувствительных электронных орбиталей графена,
которые меняют форму при контакте с другими материалами.
Вот почему ученые изучают способы более эффективного производства и взаимодействия с графеном произвольной формы.

Графен, вероятно, пока что звучит как довольно крутой материал. Если вы заинтересованы в создании собственного графена,
прочитайте, как сделать графен, или просто продолжайте читать, информация находится ниже по странице.

Графеновые транзисторы и графеновая логика

Транзисторы в цифровых схемах имеют два разных состояния:
ON и OFF (транзисторы на самом деле имеют несколько различных состояний, помимо ON и OFF, но эти два состояния представляют основной интерес в данном обсуждении).
Чистый графен создает проблемы, проводя значительный ток даже в выключенном состоянии.
Графен проводит ток в выключенном состоянии, потому что это полупроводник с нулевой запрещенной зоной.
Полупроводник с нулевой запрещенной зоной не нуждается во внешнем электрическом поле, чтобы стать проводящим.
Результат: графеновые логические элементы имеют высокое рассеивание статической мощности — они потребляют энергию как при включенном, так и при выключенном устройстве.
Есть два подхода к решению этой проблемы: укоротить длину затвора или использовать легированный графен.

Графен можно легировать так же, как и кристалл кремния. При легировании ионами калия подвижность электронов может быть снижена до 20 раз.
В таких случаях желаемым эффектом является контролируемое снижение подвижности электронов.
Необходимы дополнительные исследования для выявления оптимальных легирующих примесей и их концентраций.

Самовосстанавливающиеся свойства

Одним из интересных свойств графена является самовосстановление. Это означает, что если мы удалим атом углерода из любого места внутри графенового листа,
а затем подвергнуть лист атомам углерода или некоторым углеродсодержащим молекулам, одна из них идеально встанет на место,
заполняя отверстие, созданное удаленным атомом углерода, и вписываясь в шестиугольный узор.
Способность к самовосстановлению имеет большое значение для нанотехнологий, поскольку один случайный ион может пробить дыру в наноструктуре, сделав ее бесполезной.
Если наноструктура способна к самовосстановлению, то она сможет противостоять суровым воздействиям окружающей среды.

Теплопроводность

Графен является чрезвычайно хорошим проводником тепла. На самом деле, он настолько эффективно проводит тепло, что можно разрезать кубик льда.
с помощью графенового листа. Графен поглощает тепло ваших пальцев, когда вы держите его, и передает и концентрирует тепло в небольшой
область, где графеновое «лезвие» соприкасается со льдом. Лед моментально тает, и по мере его таяния выделяется все больше и больше тепла.
передается из вашей руки через графен и, наконец, в лед, который еще больше растапливает.

Относительная прочность материала по сравнению с весом

Легкий материал на основе графена.

Этот захватывающий новый материал является одним из самых прочных материалов, известных науке. Благодаря толщине в один атом,
графен может быть упакован в небольшой объем, сохраняя при этом чрезвычайно большую площадь поверхности.
Один квадратный метр (10,7 квадратных футов) графена весит менее 1 миллиграмма. Это делает его материалом с превосходным соотношением веса к площади и площади к объему по сравнению с другими материалами с высокой удельной площадью.
Несмотря на то, что он очень прочный, углеродный слой имеет толщину всего в один атом и легко ломается. Это делает работу с графеном
сложная задача. Ученые разработали материалы на основе графена, которые используют уникальные свойства графена, делая его достаточно толстым, чтобы
выдерживать гораздо более высокие нагрузки.

Как купить графен?

Графен доступен у ряда онлайн- и офлайн-реселлеров. Цена графена на данный момент не очень привлекательна: около 300 долларов (около 250 евро).
за 1 грамм чистого 3-нм фильтрованного графенового нанопорошка. Конечно, ожидается, что цена на графен будет снижаться по мере увеличения числа производителей. Альтернативно,
если вы хотите зарабатывать деньги, а не тратить их, взгляните на статью «Как инвестировать в графен».

Оказывается, многие читатели хотят сделать графен дома, так что вот спойлер: возможно создание небольших количеств
самодельного графена своими руками! Однако, хотя это возможно, сделать значительные суммы непросто. Фактически, на момент написания этой статьи
ученые до сих пор не знают, как эффективно производить графен в больших количествах и высокого качества,
потому что технологические процессы еще не отработаны.
Тем не менее, изготовить листы графена своими руками в небольших количествах довольно просто.

Биты, которые вы сможете изготовить в домашних условиях, будут иметь длину всего несколько нанометров,
так что забудьте о макроскопических графеновых листах или полосках. Самый большой кусок графена, который вы можете сделать сами, это
около 0,25 мм ² (но их много наделаешь). Это ненамного больше площади точки в восклицательном знаке на этой веб-странице!
В промышленных целях ученые изготавливают транзисторы с длиной затвора менее 25 нм…
графен, хотя он кажется вам ничтожно маленьким, может быть использован для изготовления сотен транзисторов.
Все еще заинтересованы в создании графена? Отлично, читайте дальше!

Метод 1: клейкая лента

Первый метод «сделай сам» — использовать свинцовый карандаш для нанесения толстого слоя графита.
на бумагу. Затем обычной липкой лентой снимите с бумаги слой графита. Используйте другой кусок липкой
скотч для удаления слоя графита с первого скотча. Затем используйте третий кусок неиспользованной липкой ленты, чтобы удалить слой с
второй кусок липкой ленты, и так далее. В конце концов слои графита будут становиться все тоньше и тоньше, и вы получите графен.
который является однослойным графитом в строгом смысле, двухслойным или малослойным графитом (который в некоторых случаях действует почти как графен).
Несмотря на то, что этот способ изготовления графена является лишь проверкой концепции, метод липкой ленты работает.
Это требует терпения и времени, но это метод «сделай сам», который группа из Манчестера использовала в 2004 году.
И помните, они на самом деле получили Нобелевскую премию за свою работу, так что нечего возиться с клейкой лентой!

Способ 2: Кухонный блендер

Группа ученых опубликовала свою статью 20 апреля 2014 года, в которой они описывают, как сделать графен, используя подход
называется расслаиванием при сдвиге жидкости. Вы можете ознакомиться с аннотацией статьи
здесь, но полная статья находится за платным доступом.

Отшелушивание сдвига в жидкостях начинается с высыпания порошкообразного кристалла в жидкость, а затем с помощью смесителя сдвига для разделения (отшелушивания).
слоев материала из кристалла. Жидкость, используемая в таких процессах, выбирается таким образом, чтобы мелкие частицы графена не
снова слипаются, и в результате получается жидкая суспензия графена. Затем суспензию можно высушить, чтобы получить графеновые нанохлопья, или
его можно было бы непосредственно использовать в более поздних технологических процессах, таких как изготовление графеновых покрытий и других.

Итак, как сделать графен дома, используя этот метод? Ну а миксер-ножницы можно заменить кухонным блендером.
(поскольку сдвиговое смешивание — это красивое слово для высокотехнологичного смешивания), а вместо специальных жидкостей можно использовать воду и средство для мытья посуды.
Моющее средство добавляется, чтобы частицы не слипались, и действует как поверхностно-активное вещество. Отличным источником графитового порошка являются графитовые карандаши.
Просто измельчите несколько грифелей карандаша и добавьте порошок в раствор моющего средства, а затем перемешайте некоторое время. Если у вас нет доступа к
специальные микроскопы и другое оборудование, вы, вероятно, не сможете подтвердить наличие графена в растворе моющего средства, но есть
быстрое эмпирическое правило, которое вы можете использовать для оценки размера частиц. Вообще говоря, если частицы графена
слишком большие, они опустятся на дно сосуда, а если они меньше, то всплывут наверх. Наночастицы настолько малы, что
они будут подвешены в середине воды, и это то, к чему вы стремитесь, если хотите сделать графен. После того, как вы сделаете достаточно графена
частиц, вы можете отфильтровать суспензию и оставить ее сохнуть.

При этом, хотя этот метод получения графена был описан в упомянутой выше статье и сработал для исследователей,
не стоит слишком волноваться о том, чтобы делать это дома таким образом. Это грязно и создает очень маленькие нанохлопья графена, не то, чтобы
похвастаться перед друзьями, если только у вас нет высокотехнологичной лаборатории в подвале и вы не собираетесь использовать ее для изготовления графеновых транзисторов. С другой стороны,
эта технология вместе с
Отшелушивание жидкой фазы с помощью ультразвука может определить, как в будущем будет производиться графен в промышленных условиях, благодаря его масштабируемости.

Метод 3: DVD-рекордер — технология LightScribe

Чтобы сделать графен с помощью этого метода, в рецепте требуется компьютерный DVD-привод с технологией LightScribe, а также немного оксида графита.
Вы можете получить оксид графита у производителя или сделать немного оксида графита дома для
этот эксперимент. Если вы хотите узнать, как сделать оксид графита в домашних условиях, прокрутите вниз до следующего раздела .

Оксид графита растворим в воде, поэтому после смешивания с водой аккуратно вылейте его на DVD.
диск. Убедитесь, что раствор оксида графита равномерно распределен по пластиковой поверхности диска. После решения
высохнет и на диске образуется пленка оксида графита, поместите диск в дисковод DVD пленкой вниз.
Используйте программное обеспечение LightScribe, чтобы записать слой оксида. Участки пленки, соприкасающиеся с
лазерный луч будет превращен в графен. Лазерный луч вызывает химическое восстановление, которое превращает оксид графита в графен.
Образовавшийся графеновый слой следует аккуратно снять с диска и разрезать на части соответствующего размера.
частей. Эти детали можно использовать непосредственно для создания графенового суперконденсатора!
Это, пожалуй, самый простой способ сделать графен дома, но он предполагает, что у вас есть доступ к
оксид графита и привод Laserscribe.

Один читатель предположил, что DVD-лазер LightScribe можно заменить простой ксеноновой вспышкой. Если у вас есть фотовспышка,
вы также можете попробовать этот подход и сообщить нам о результатах по адресу «связаться с нашим доменом сайта». Еще один совет: НЕ делайте этого
если вас не устраивает аннулирование гарантии на DVD-рекордер.

Метод 4: Формирование пленки на поверхности раздела гептан-вода

Нефть, плавающая на поверхности воды.

Это новейший рецепт самодельного графена, который мы слышали до сих пор. Сначала потребуется немного физики жидкости, чтобы объяснить, что здесь происходит.
Если вы нальете нерастворимую в воде жидкость в воду, она либо будет плавать поверх воды, либо вода будет плавать поверх нее,
в зависимости от того, тяжелее ли добавленная жидкость (более плотная) или легче (менее плотная), чем вода. Типичный пример — нефтяное плавание.
над водой (см. изображение).

Одна группа ученых ^[1] обнаружила, что можно получить графен, залив два растворителя, которые не
не смешивайте вместе, например, гептан и воду, в стакан, добавляя мелко измельченный графитовый порошок и помещая его в ванну для обработки ультразвуком.
Вы можете купить гептан в большинстве магазинов химикатов, вода легкодоступна (рекомендуется использовать дистиллированную воду),
и вы можете легко получить графитовые палочки в художественных магазинах. Нужна ультразвуковая ванна, но это не редкость на ebay и тому подобное.
Полученный графен имеет толщину от одного до четырех слоев и химически стабилен. Его можно извлечь и нанести на чистую стеклянную пластину,
или любой другой субстрат.

Графен на границе вода-гептан.

Идея состоит в том, чтобы смешать мелкоизмельченный графит с водой и гептаном (соотношение воды и гептана 1:1) и некоторое время обработать его ультразвуком.
Далее происходит то, что графитовые чешуйки отслаиваются на границе раздела воды и гептана, и графен фактически начинает «карабкаться».
вверх по стеклянным стенкам флакона. Если гидрофильный субстрат, такой как предметное стекло, ввести через интерфейс, тонкая пленка
графена также будет карабкаться по стенкам слайда. Затем предметное стекло можно извлечь, и после высыхания у вас останется
стекло с графеновым покрытием. Если использовать полиэтиленовый флакон, то полученный графен не будет лазить по стенкам флакона, но можно
все же извлеките его предметным стеклом или другим гидрофильным материалом. Результат показан на изображении справа.

Графен на стекле.

Конечный продукт этого процесса изготовления графена показан на изображении слева.
Графен осаждается в виде тонкой пленки с обеих сторон стеклянной пластины.
и его легкие светопоглощающие свойства можно увидеть, посмотрев сквозь него
(Графен поглощает около 2,3% видимого света). Объяснение процесса состоит в том, что
графен самостоятельно собирается из мелких отслоившихся чешуек на границе раздела воды и гептана, потому что поверхность
натяжение графена (54,8 мН/м) почти находится между поверхностным натяжением воды (72,9мН/м) и гептан (20,1 мН/м).
Толщина графеновой пленки ограничена капиллярными силами на границе раздела и избыток графена просто упадет до
дно флакона. Образование толстых агрегатов подавляется диффузией и потребностью в энергии, необходимой для
сформировать новый слой. Для получения дополнительной информации см. оригинальный документ ^[1]

Это, возможно, самый простой способ сделать графен своими руками в домашних условиях в виде сколь угодно большого листа. Другие методы создают только графен
чешуйки, но эти чешуйки, возможно, можно было бы использовать вместо чешуек графита в этом методе в качестве стадии рафинирования.
Попробуйте и дайте нам знать, как это происходит!

Как сделать оксид графита в домашних условиях?

Отказ от ответственности

Чтобы сделать графен дома с помощью описанного выше метода DVD, вам понадобится немного оксида графита. Вы можете купить оксид графита
из различных источников, в том числе онлайн, или вы можете попробовать сделать оксид графена самостоятельно. В этом тексте мы объясним, как вы можете сделать
оксид графена в домашних условиях, самостоятельно. Процедура относительно проста, и большинство ингредиентов можно купить без рецепта.
Однако обратите внимание, что это НЕбезопасная процедура, и следование этому руководству может привести к взрывам, пожарам и серьезным травмам.
По понятным причинам, если вы решите сделать это самостоятельно, соблюдайте меры предосторожности при работе с кислотами и взрывчатыми веществами.
На самом деле, мы считаем, что если вы не являетесь лицензированным химиком, вам лучше купить оксид графена, чем
пытаюсь сделать дома. Мы предлагаем этот текст только в качестве образовательного ресурса. Приступая к чтению
следующий текст, вы подтверждаете, что понимаете риски работы с химическими веществами, перечисленными в тексте, и имеете полное
понимание всех химических реакций и опасностей, которые они представляют для вашего здоровья и безопасности. Во избежание дыма и опасности возгорания,
выполнить этот эксперимент на открытом воздухе и в контролируемой, хорошо проветриваемой среде. Несмотря на то, что позаботились
убедитесь, что в тексте нет ошибок, мы не несем ответственности за возможные ошибки, оставшиеся в тексте.

Если у вас есть доступ к лаборатории, и вы делаете это для проекта или эксперимента, напишите нам и сообщите, как все прошло.
Мы будем рады разместить здесь вашу историю успеха.

Введение

Оксид графита известен уже почти 150 лет. Впервые он был приготовлен в 1859 году. Процесс был улучшен.
с тех пор, и многие исследователи в этой области прокомментировали потенциальные опасности и риски, связанные с первоначальной процедурой, как
описал Б. Броди, впервые открывший процесс. Описанный здесь метод занимает около 2 часов при температуре ниже 45 градусов.
Цельсия, если у вас есть доступ к центрифуге. Если вы этого не сделаете, потребуется день или около того, чтобы лишняя вода испарилась из контейнера.

Процедура

Размешать 100 г порошкообразного графита с 50 г нитрата натрия в 2,3 л технической серной кислоты. Не забудьте смешать ингредиенты
в гораздо большем, чем необходимо, герметичном контейнере, помещенном в баню со льдом при температуре ноль градусов по Цельсию в качестве меры безопасности. Контейнер должен быть
не менее 15-20 литров.

ОСТОРОЖНОСТЬ! Добавьте в смесь 300 г перманганата калия, постоянно перемешивая ингредиенты. НЕ добавляйте все 300 г за один раз.
Вместо этого осторожно добавляйте перманганат калия грамм за граммом, чтобы смесь не нагревалась выше 20 градусов по Цельсию! ОСТОРОЖНОСТЬ!
Перманганат калия является сильным окислителем, который окрашивает кожу и другие органические материалы, такие как одежда, при контакте.
При смешивании с серной кислотой образует взрывоопасный оксид марганца, поэтому необходимо соблюдать все меры предосторожности! Убедитесь, что максимально
температура не превышена.

После добавления марганцовки в смесь снимите ледяную баню и доведите температуру до 35 градусов Цельсия.
Точно и осторожно выдерживайте эту температуру в течение 30 минут. На этом этапе смесь загустеет и количество выделившегося
газа уменьшится. Примерно через 20 минут ожидайте, что смесь станет коричневато-серой и пастообразной консистенции.

ОСТОРОЖНОСТЬ! По прошествии 30 минут медленно и осторожно добавить в смесь 4,8 литра воды при перемешивании. Добавление
вода вызовет экзотермическую реакцию, которая повысит температуру смеси почти до 100 градусов по Цельсию, и
при бурной реакции выделяется большое количество газа! Поддерживать температуру 98 градусов по Цельсию еще 15 минут.
ОСТОРОЖНОСТЬ! Теперь смесь будет коричневого цвета.

После поддержания температуры в течение 15 минут дополнительно разбавьте смесь теплой водой до 14 литров жидкости. Добавьте 3%
перекись водорода, чтобы уменьшить остатки перманганата. После добавления перекиси водорода смесь должна стать светлой.
желтый.

Отфильтруйте смесь, пока она еще теплая. Фильтр примет желто-коричневый цвет. Осадок на фильтре промыть три раза общим объемом 14 литров.
теплой воды. Полученный оксид графита диспергируют в 32 литрах воды. Для того, чтобы получить сухой оксид графита, вам понадобится мощный
центрифуга. Так как это, вероятно, недоступно, нагрейте воду, содержащую оксид графита, до 40 градусов по Цельсию и подождите, пока вода не испарится.
Лучше всего подойдет широкий контейнер, так как большая площадь будет способствовать испарению.

Оксид графита более высокого качества, полученный таким образом, будет иметь ярко-желтый цвет, в то время как оксид графита более низкого качества приобретет более темный цвет.
от зеленого до черного оттенка. Вы можете использовать этот оксид графита в водном растворе для проведения экспериментов с приводами Lightscribe дома.