Бумага из оксида графена - Graphene oxide paper

Бумага из оксида графена или же графитооксидная бумага это материал изготовлен из оксид графита. Пленки бумаги из оксида графена толщиной в микрометры также называют 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 имеет исключительный жесткость и сила из-за внутренней силы двумерного графен позвоночник[1] и его структура из переплетенных слоев, которая распределяет нагрузки.

Подготовка

Исходный материал - хлопья оксида графена, диспергированные в воде. Водную дисперсию фильтруют под вакуумом для получения свободно стоящей фольги. Толщина этих пленок обычно находится в диапазоне 0,1-50 мкм. В зависимости от применения слоистые материалы из оксида графена называют бумагами или мембранами. Альтернативными методами приготовления свободно стоящих многослойных слоев / ламинатов оксида графена являются использование многократного литья по капле или центрифугирования. Эти хлопья могут быть химически связанный,[нужна цитата ] что привело к разработке дополнительных новых материалов. Как и исходный материал, бумага из оксида графена является электрический изолятор; однако можно настроить это свойство, сделав бумагу дирижер или же полупроводник, без ущерба для механических свойств.[2]

Характеристики

Подробные исследования графитовой оксидной бумаги В. Кольшюттером и П. Хэнни относятся к 1918 году.[3] Исследования оксид графита мембраны были выполнены Ханс-Петер Бём, немецкий ученый, который в 1960 году изобрел термин «графен». В статье «Оксид графита и его мембранные свойства» сообщалось о синтезе «бумажной фольги» толщиной 0,05 мм. Сообщалось, что мембраны не проницаемы для газов (азота и кислорода), но легко проницаемы для водяных паров и, предположительно, для любых других растворителей, которые способны интеркалировать оксид графита. Сообщалось также, что мембраны не проницаемы для «веществ с более низким молекулярным весом».

Проникновение воды через мембрану было связано с набуханием структуры оксида графита, которое обеспечивает путь проникновения воды между отдельными слоями оксида графена. Расстояние между слоями высушенного оксида графита составило 6,35 Å, но в жидкой воде оно увеличилось до 11,6 Å. Примечательно, что в документе также упоминается расстояние между слоями в разбавленном NaOH как бесконечность, таким образом, сообщается о дисперсии оксида графита на однослойных листах оксида графена в растворе. В исследовании также сообщалось о скорости проницаемости мембран для воды 0,1 мг в минуту на квадратный см. Скорость диффузии воды была оценена как 1 см / час. В статье Боэма также показано, что оксид графита можно использовать в качестве катионообменной мембраны, и приведены результаты измерений осмотическое давление, мембранные потенциалы в KCl, HCl, CaCl2, MgCl2, BaCl2 решения. Сообщалось также, что мембраны проницаемы для больших ионы алкалоидов поскольку они могут проникать между слоями оксида графена. [4]

В 2012 году были повторно обнаружены некоторые свойства мембран из оксида графита, обнаруженные Бемом: мембраны, как сообщается, не проницаемы для гелия, но проницаемы для водяных паров.[5] Позднее это исследование было расширено, чтобы продемонстрировать, что некоторые соли (например, KCl, MgCl2) диффундируют через мембрану из оксида графена, если она погружена в водный раствор. [6]

Мембраны из оксида графена активно исследуются на предмет их применения в опреснение воды.[7] Показатели удерживания более 90% были зарегистрированы в исследовании 1960 г. для растворов NaCl с использованием стабилизированных мембран из оксида графена в обратный осмос настраивать.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Джон Картрайт (2007-07-25). «Оксид графена вплетен в бумагу.'". Мир физики.
  2. ^ «Бумага из оксида графена может породить новый класс материалов». Phys.org. 2007-07-25.
  3. ^ В. Кольшюттер; П. Хаэнни (1918). "Zur Kenntnis des Graphitischen Kohlenstoffs und der Graphitsäure". Z. Anorg. Allg. Chem. 105 (1): 121–144. Дои:10.1002 / zaac.19191050109.
  4. ^ Х. П. Бём; А. Клаусс; У. Хоффманн (1960). «Оксид графита и его мембранные свойства». Журнал де Chimie Physique. 58 (12): 110–117. Bibcode:1961JCP .... 58..141B. Дои:10.1051 / jcp / 1961580141.
  5. ^ Р. Р. Наир; Х. А. Ву; П. Н. Джаярам; И. В. Григорьева; Гейм А.К. (2012). «Беспрепятственное проникновение воды через герметичные мембраны на основе графена с утечкой гелия». Наука. 335 (6067): 442–444. arXiv:1112.3488. Bibcode:2012Наука ... 335..442N. Дои:10.1126 / наука.1211694. PMID  22282806. S2CID  15204080.
  6. ^ Р. К. Джоши; П. Карбоне; Ф. К. Ван; В. Г. Кравец; Ю. Су; И. В. Григорьева; Х. А. 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. Bibcode:2014Научный ... 343..752J. Дои:10.1126 / science.1245711. PMID  24531966. S2CID  13154836.
  7. ^ Э. С. Бобер (1970). Заключительный отчет о мембранах обратного осмоса, содержащих оксид графита. Министерство внутренних дел США.

внешняя ссылка