Учёные из Королевского технологического института Швеции, опубликовавшие результаты в журнале Small, разработали масштабируемый метод синтеза графенового оксида (GO) из коммерческих углеродных волокон, что позволяет снизить зависимость от добычи графита.
В основе процесса лежит электрокимическая оксидация: углеродные волокна, получаемые из полиакрилонитрила (PAN), погружаются в водный раствор с 5%-ной концентрацией азотной кислоты. При прохождении электрического тока через волокна происходит потеря электронов, что приводит к равномерному отклеиванию одноатомных слоёв графенового оксида прямо с поверхности волокна.
Полученные нанолисты характеризуются равномерной толщиной около 0,9 нанометра, размерами от 0,1 до 1 микрометра и преимущественно круглой или эллиптической формой, что является заметным отличием от многоугольных форм, возникающих при синтезе из добытого графита. При этом выход графенового оксида составляет 200 миллиграмм на грамм исходного материала, что подчёркивает эффективность метода для промышленного производства.
Для оптимизации процесса проводилась предварительная обработка углеродных волокон, включающая удаление защитных полимерных покрытий. Эффективными оказались два температурных режима: нагрев до 580°C в течение двух часов и шоковый нагрев до 1200°C по три секунды, что позволяет улучшить электропроводимость материала перед началом оксидации.
Особое внимание уделено роли электрической проводимости углеродных волокон в обеспечении равномерной эксфолиации. Под руководством профессора Ричарда Олссона, специалиста в области полимерных материалов, экспериментальная методика продемонстрировала, что равномерное протекание тока способствует стабильному удалению слоёв графенового оксида, гарантируя высокое качество конечного материала.
Разработка данного метода имеет большое значение для производства аккумуляторов электромобилей, где слоистая структура графена играет решающую роль в формировании эффективных батарей. Альтернативное получение графена из углеродных волокон обеспечивает устойчивость производства и снимает нагрузку с традиционной добычи графита.
В дальнейшем планируется расширить исследования, используя биологические источники для получения углеродных волокон и углублённо изучить механизмы электрохимической оксидации. Новые подходы открывают возможности для экологически чистого производства высокотехнологичных материалов, соответствующих современным требованиям промышленности.
Изображение носит иллюстративный характер
В основе процесса лежит электрокимическая оксидация: углеродные волокна, получаемые из полиакрилонитрила (PAN), погружаются в водный раствор с 5%-ной концентрацией азотной кислоты. При прохождении электрического тока через волокна происходит потеря электронов, что приводит к равномерному отклеиванию одноатомных слоёв графенового оксида прямо с поверхности волокна.
Полученные нанолисты характеризуются равномерной толщиной около 0,9 нанометра, размерами от 0,1 до 1 микрометра и преимущественно круглой или эллиптической формой, что является заметным отличием от многоугольных форм, возникающих при синтезе из добытого графита. При этом выход графенового оксида составляет 200 миллиграмм на грамм исходного материала, что подчёркивает эффективность метода для промышленного производства.
Для оптимизации процесса проводилась предварительная обработка углеродных волокон, включающая удаление защитных полимерных покрытий. Эффективными оказались два температурных режима: нагрев до 580°C в течение двух часов и шоковый нагрев до 1200°C по три секунды, что позволяет улучшить электропроводимость материала перед началом оксидации.
Особое внимание уделено роли электрической проводимости углеродных волокон в обеспечении равномерной эксфолиации. Под руководством профессора Ричарда Олссона, специалиста в области полимерных материалов, экспериментальная методика продемонстрировала, что равномерное протекание тока способствует стабильному удалению слоёв графенового оксида, гарантируя высокое качество конечного материала.
Разработка данного метода имеет большое значение для производства аккумуляторов электромобилей, где слоистая структура графена играет решающую роль в формировании эффективных батарей. Альтернативное получение графена из углеродных волокон обеспечивает устойчивость производства и снимает нагрузку с традиционной добычи графита.
В дальнейшем планируется расширить исследования, используя биологические источники для получения углеродных волокон и углублённо изучить механизмы электрохимической оксидации. Новые подходы открывают возможности для экологически чистого производства высокотехнологичных материалов, соответствующих современным требованиям промышленности.
