Il metodo di esfoliazione chimica per la sintesi del grafene èesfoliazione in fase liquida.
Questo metodo prevede l'uso di energia per esfoliare la grafite sfusa all'interno di un solvente con una tensione superficiale adatta a stabilizzare il grafene risultante.
Il solvente è tipicamente non acquoso, come il n-metil-2-pirrolidone (NMP), o può essere acquoso con l'aggiunta di un tensioattivo.
L'energia per l'esfoliazione è inizialmente fornita dalla sonicazione con corno a ultrasuoni, ma sempre più spesso vengono utilizzate forze di taglio elevate.
La resa di questo processo è tipicamente bassa, intorno a qualche punto percentuale, e richiede l'uso della centrifugazione per ottenere una frazione significativa di fiocchi di grafene monostrato e a pochi strati nella sospensione finale.
3 fasi chiave spiegate
1. Selezione del solvente
La scelta del solvente è fondamentale perché deve avere la giusta tensione superficiale per stabilizzare i fiocchi di grafene.
Di solito si usano solventi non acquosi come l'NMP, ma anche le soluzioni acquose possono essere efficaci se si aggiunge un tensioattivo per prevenire l'aggregazione.
2. Energia immessa
Inizialmente, la sonicazione con corno a ultrasuoni era il metodo principale utilizzato per fornire l'energia necessaria all'esfoliazione.
Questo metodo prevede l'esposizione della miscela grafite-solvente a onde sonore ad alta frequenza, che creano bolle di cavitazione che collassano e generano un'alta energia localizzata, esfoliando così la grafite in grafene.
Tuttavia, le forze di taglio elevate, come quelle generate nella miscelazione ad alta velocità o nei dispositivi microfluidici, stanno diventando sempre più popolari grazie al loro potenziale per un'esfoliazione più controllata ed efficiente.
3. Aumento della resa
A causa della bassa resa del processo di esfoliazione, si ricorre alla centrifugazione per separare i fiocchi di grafene monostrato e a pochi strati desiderati dal materiale sfuso e dai fiocchi multistrato più grandi.
Questa fase è fondamentale per ottenere una sospensione con un'alta concentrazione dei fiocchi di grafene desiderati.
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