Быстрое получение аморфного al2o3 на поверхности графена с помощью технологии плазменного электролиза

Быстрое получение аморфного al2o3 на поверхности графена с помощью технологии плазменного электролиза

в статье рассматривается механизм покрытия графена. Аморфный графен с покрытием Al2O3 был синтезирован методом плазменного электролиза. Покрытие состояло из γ-Al2O3, Al2OC и Al4C3 толщиной ≈7 нм. Нечеткая граница раздела между покрытием и подложкой продемонстрировала хорошую комбинацию между покрытием и графеном.

Авторы публикации

Рубрика

Химия

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 4 (49), январь ‘22

Дата публицакии 24.01.2022

Поделиться

В данном исследовании для синтеза покрытия на графене была использована технология плазменного электролиза. Это новая технология, которая вводит рабочую область в область высоковольтного разряда и реализует быстрое и эффективное осаждение покрытий на поверхности материалов. Метод сочетает в себе преимущества плазмохимии, термохимии и электрохимии. Был оптимизирован плазменный электролиз и успешно применен для модификации поверхности графена без повреждения подложки. Кроме того, успешно изучен механизм роста в данном эксперименте, заложив основу для дальнейшего изучения покрытия плазменно-электролитическим осаждением. По этой технологии было синтезировано аморфное покрытие γ-Al2O3 с хорошим сочетанием. Считается, что это расширит сферу применения графена и низкоразмерных материалов. [1, c. 193].

Многослойный графен был получен методом механического пилинга. Для модификации в исследовании использовали Al(NO3)3 (аналитически чистый). Кольцеобразный графитовый электрод (анод) был размещен рядом с внутренней стенкой ПВХ-контейнера, а медный электрод (катод) - в середине контейнера. Высокочастотный импульсный источник питания постоянного тока был использован для генерации плазменной дуги. 

Al(NO3)3 (100-300 г/л) растворяли в 10 л деионизированной воды. Затем графен (5 г/л) диспергировали в растворе с помощью ультразвуковой дисперсионной обработки. Ультразвук использовался для того, чтобы графен полностью диспергировался в растворе. Скорость вращения мешалки была отрегулирована до 30 об/мин, так как плазма была стабильной, о чем свидетельствовал непрерывный звук, создаваемый плазменным разрядом. Питание выключалось через 10 с. Наконец, порошок из раствора отделялся с помощью непрерывной ленточной вакуумной сушилки, и синтезировался порошок с покрытием. 

Поверхность графена до обработки была гладкой и ровной с четкими границами. Когда мы увеличили масштаб и рассмотрели эти области, то обнаружили на поверхности слой за слоем. Казалось, что что-то покрывает слой за слоем поверхность графена.

Было сделано предположение, что одиночный графен может действовать как косвенный катод. В ходе процесса реакции и плазменно-дуговой разряд будут происходить на реальном катоде и на косвенном катоде, что благоприятно для осаждения покрытия. Плазма вблизи катода оказывала спекающее действие на покрытие, что привело к плотной структуре покрытия Al2O3. Это было причиной того, что Al4C3 не вступал в бурную реакцию с водой и существовал в покрытии. Что касается одиночного графена, то считалось, что некоторые атомы углерода будут преобразованы в C4 - из-за активированной поверхности плазмой и будут свободно находиться на поверхности. Большое количество Al3+ в растворе достигнет поверхности графена первым и вступит в реакцию с C4- непосредственно с образованием Al4C3 при таких высоких температурах. Между тем, новый Al4C3 может быть преобразован в Al2OC из-за высокотемпературного окисления. Таким образом, в покрытии было обнаружено небольшое количество Al2OC и Al4C3. Они могли бы действовать как промежуточная фаза, делая связь между покрытием и графеном более прочной. Однако большее количество Al3+ подверглось бы реакции гидролиза и превратилось бы в Al(OH)3; затем под воздействием плазменной дуги произошла бы реакция дегидратации последнего с осаждением Al2O3 на поверхности графена. Из-за короткого времени обработки γ-Al2O3 не успевал превратиться в θ-Al2O3 или α-Al2O3, поэтому основным составом покрытия был γ-Al2O3. [2, c. 31].

Аморфное покрытие Al2O3 было синтезировано в данном исследовании методом плазменного электролиза. Покрытие размером ∼7 нм демонстрировало хорошее сочетание между покрытием и графеном с помощью атомно-слоевого осаждения. γ-Al2O3, Al2OC и Al4C3 составляли компоненты покрытия, причем Al2OC и Al4C3 выступали в качестве переходной фазы от графена к γ-Al2O3. Считается, что эта технология найдет широкое применение в модификации поверхности графена и будет полезна для развития применения графена.

Список литературы

  1. K. Yapici and S. Peker, J. Coat. Technol. Res. 17, 193 (2020).
  2. Y. P. Tian, P. Bai, S. M. Liu, X. M. Liu, and Z. F. Yan, Fuel Process. Technol. 151, 31 (2016).

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Остался последний день
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary