Бумага из оксида графена
Бумага из оксида графена или бумага из оксида графита представляет собой материал, изготовленный из оксида графита . Пленки бумаги из оксида графена толщиной микрометра также назывались мембранами из оксида графита (в 1960-х годах) или (в последнее время) мембранами из оксида графена. Мембраны обычно получают медленным испарением раствора оксида графена или методом фильтрации.
Материал обладает исключительной жесткостью и прочностью благодаря внутренней прочности двумерной графеновой основы . [1] и его переплетенной слоистой структуре, которая распределяет нагрузки.
Подготовка
[ редактировать ]Исходным материалом являются водно-диспергированные чешуйки оксида графена. Водную дисперсию фильтруют в вакууме для получения отдельно стоящей фольги. Толщина этой фольги обычно находится в диапазоне 0,1-50 микрометров. В зависимости от применения ламинаты оксида графена называют бумагами или мембранами. Альтернативными методами приготовления отдельно стоящих мультислоев/ламинатов оксида графена является использование многократного литья капель или центрифугирования. Эти хлопья могут быть химически связаны . [ нужна ссылка ] что приводит к разработке дополнительных новых материалов. Как и исходный материал, бумага из оксида графена является электрическим изолятором ; однако возможно настроить это свойство, сделав бумагу проводником или полупроводником , не жертвуя при этом ее механическими свойствами. [2]
Характеристики
[ редактировать ]Подробные исследования бумаги из оксида графита В. Кольшюттером и П. Хэнни относятся к 1918 году. [3] Исследования мембран из оксида графита были проведены Ханнсом-Петером Бёмом , немецким учёным, придумавшим термин «графен», в 1960 году. В статье под названием «Оксид графита и его мембранные свойства» сообщалось о синтезе «бумагоподобной фольги» толщиной 0,05 мм. толщина. Сообщалось, что мембраны не проницаемы для газов (азота и кислорода), но легко проницаемы для паров воды и, предположительно, для любых других растворителей, которые способны интеркалировать оксид графита. Сообщалось также, что мембраны не проницаемы для «веществ с более низкой молекулярной массой».
Проникновение воды через мембрану было объяснено набуханием структуры оксида графита, которое обеспечивает путь проникновения воды между отдельными слоями оксида графена. Межслоевое расстояние высушенного оксида графита составляло 6,35 Å, но в жидкой воде оно увеличивалось до 11,6 Å. Примечательно, что в статье также указано, что межслоевое расстояние в разбавленном NaOH равно бесконечности, что указывает на дисперсию оксида графита на однослойных листах оксида графена в растворе. В исследовании также сообщалось о скорости проникновения воды через мембраны 0,1 мг в минуту на квадратный сантиметр. Скорость диффузии воды оценивали как 1 см/час. В статье Бема также показано, что оксид графита можно использовать в качестве катионообменной мембраны, и сообщается об измерениях осмотического давления и мембранного потенциала в KCl, HCl, CaCl 2 , MgCl 2 , BaCl 2 растворах . Сообщалось также, что мембраны проницаемы для крупных ионов алкалоидов , поскольку они способны проникать между слоями оксида графена. [4]
В 2012 году некоторые свойства мембран из оксида графита, открытых Бёмом, были заново открыты: сообщалось, что мембраны не проницаемы для гелия, но проницаемы для паров воды. [5] Позже это исследование было расширено, чтобы продемонстрировать, что несколько солей (например, KCl, MgCl 2 ) диффундируют через мембрану из оксида графена, если она погружена в водный раствор. [6]
Мембраны из оксида графена активно изучаются на предмет их применения для опреснения воды . [7] сообщалось о степени удерживания более 90% В исследовании 1960 года для растворов NaCl с использованием мембран из стабилизированного оксида графена в установке обратного осмоса .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джон Картрайт (25 июля 2007 г.). «Оксид графена вплетен в «бумагу» » . Мир физики.
- ^ «Бумага из оксида графена может породить новый класс материалов» . Физика.орг. 25 июля 2007 г.
- ^ В. Коль Шюттер; П. Хэнни (1918). «О познании графитового углерода и графитовой кислоты» . З. Анорг. Генерал Хим . 105 (1): 121–144. дои : 10.1002/zaac.19191050109 .
- ^ Х. П. Бём; А. Клаусс; У. Хоффманн (1960). «Оксид графита и его мембранные свойства». Журнал Chimie Physique . 58 (12): 110–117. Бибкод : 1961JCP....58..141B . дои : 10.1051/jcp/1961580141 .
- ^ Р.Р. Наир; ХА Ву; П.Н. Джаярам; И.В. Григорьева; А.К. Гейм (2012). «Беспрепятственное проникновение воды через непроницаемые для гелия мембраны на основе графена». Наука . 335 (6067): 442–444. arXiv : 1112.3488 . Бибкод : 2012Sci...335..442N . дои : 10.1126/science.1211694 . ПМИД 22282806 . S2CID 15204080 .
- ^ Р.К. Джоши; П. Карбоне; ФК Ван; В.Г. Кравец; Ю. Су; И.В. Григорьева; ХА Ву; А.К. Гейм; Р. Р. Наир (2014). «Точное и сверхбыстрое молекулярное просеивание через мембраны из оксида графена». Наука . 343 (6172): 752–754. arXiv : 1401.3134 . Бибкод : 2014Sci...343..752J . дои : 10.1126/science.1245711 . ПМИД 24531966 . S2CID 13154836 .
- ^ Э. С. Бобер (1970). Итоговый отчет по мембранам обратного осмоса, содержащим оксид графита . Министерство внутренних дел США.
- Бумага из оксида графена может создать новый класс материалов (пресс-релиз Северо-Западного университета)
- Оксид графена вплетен в «бумагу» (physicalworld.com)
- Это супербумага! (ScienceNOW Daily News)
- Сверхпрочная бумага из графена (обзор технологий)
- Углерод делает бумагу сверхпрочной (Природа)