Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Ondřej Jankovský, Petr Šimek, Filip Šaněk, David Sedmidubský, Zdeněk Sofer TERMICKÁ ANALÝZA GRAFENU A JEHO MODIFIKACÍ 1.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Ondřej Jankovský, Petr Šimek, Filip Šaněk, David Sedmidubský, Zdeněk Sofer TERMICKÁ ANALÝZA GRAFENU A JEHO MODIFIKACÍ 1."— Transkript prezentace:

1 Ondřej Jankovský, Petr Šimek, Filip Šaněk, David Sedmidubský, Zdeněk Sofer TERMICKÁ ANALÝZA GRAFENU A JEHO MODIFIKACÍ 1

2 Grafen - 2D struktura, hexagonální uspořádání, sp 2 -vazby - Mimořádné elektrické, elektrochemické, optické a mechanické vlastnosti - polovodič s nulovou energií zakázaného pásu  Balistický transport elektronů  Velmi vysoká pohyblivost - až cm 2.V -1.s -1 - Rezistivita ~ 1x10 -6 ohm.cm - Optická průhlednost (2,3 % absorpce) - Možnost řízení typu nositelů náboje – dotace N, P, S, B… - Možnost chemických modifikací povrchu -  Cl, Br, F, H, O, organika (p-nitrobenzen, p-aminobenzen, …) - V práškové podobě extrémně velký povrch (teoreticky ~ 2600 m 2.g -1 ) - Velmi vysoká mechanická pevnost 2

3 Aplikační využití: - Vysokofrekvenční tranzistory řízené polem - Solární články - Průhledné kontakty s nízkým odporem  LED a OLED displeje - Senzorové aplikace  změna elektrických vlastností po navázání detekované molekuly - Vodivé kompozitní materiály - Nosiče katalyzátorů – extrémně velký povrch - Materiály pro uchovávání vodíku - Separační materiály  chromatografie, membránové procesy. - Baterie, palivové články - Antikorozní úpravy povrchů - Opticky aktivní prvky - LED diody, luminofory. 3 Průhledná a ohebná grafenová elektroda /090114/full/news html /090114/full/news html

4 Historie přípravy grafenu:  metody „TOP – DOWN“ -Zeslabení Van der Waalsových vazeb oxidací grafitu za extremních podmínek  vzniká tzv. „oxid grafitu (GO)“ nebo „grafitová kyselina“ Brodie, Staudenmaier, Hofmann, Hummers, Tour - Mechanická exfoliace grafenu (Geim, Novoselov 2004)  metody „BOTTOM – UP“ -Depozice uhlíku na substrátech - Pt, Ru, Rh, Ni (Grant 1970) -Sublimace křemíku z SiC (Heer 2006) -Růst grafenu na velkých plochách pomocí Cu substrátů (Ruoff 2009) 4

5 Příprava GO - Syntéza oxidu grafitu oxidací grafitu - Hofmannova metoda (65%HNO % H 2 SO 4 – KClO 3 ) - Staudenmaierova metoda (98% HNO 3 – 98% H 2 SO 4 – KClO 3 ) - Čištění a separace oxidu grafitu  opakovaná centrifugace a vakuové sušení 5

6 Redukce a exfoliace GO - Grafen byl připraven chemickou a tepelnou redukcí oxidu grafitu (GO)  Chemická redukce GO - CRG - Exfoliace suspenze GO ve vodě pomocí ultrazvuku - Redukce refluxem s vodným roztokem hydrazinu, filtrace, sušení  Tepelná redukce GO - TRG - Velmi rychlý ohřev GO v dusíkové atmosféře (> 1000 °C/min) - Při ohřevu dochází k rozkladu organických skupin v grafitu  uvolňování plynu vede k roztrhání a oddělení jednotlivých vrstev 6

7 Termická redukce 1000 °C / N 2 Chemická redukce N 2 H 4 / reflux Příprava grafenu 7

8 Vzorekat.% Cat.% Hat.% Nat.% O GO50,6420,820,028,54 CRG72,814,82,010,3 TRG93,50,00,376,13 Měřeno pomocí elementární analýzy (Elementar Vario El III ) Chemické složení připraveného grafenu a GO Strukturní model GO (S.Stankovich, R.Piner, S.T.Nguyen, R.S.Ruoff, Carbon, 2006, 44, ) 8  Vyšší obsah kyslíku v chemicky redukovaném grafenu (CRG) je způsoben povahou redukčního procesu, který je velmi mírný v porovnání s rychlým ohřevem u TRG  Tento proces redukce způsobuje, že je ve vzorcích pozorován vodík, zejména v podobě hydroxylových skupin.

9 Morfologie GO oxid grafenu připravený ultrazvukovou exfoliací GO 9 - AFM  NT-MTD Ntegra Spectra v semikontaktním režimu

10 Morfologie grafenu - AFM 10

11 Morfologie GO a CRG - SEM Oxid grafitu připravený Hoffmanovou metodou. Grafen připravený redukci GO pomocí hydrazinu. 11

12 Morfologie TRG - SEM 12  V průběhu exfoliace dochází k rozkladu jednotlivých funkčních skupin připojených na grafenové roviny (karboxyl, epoxid, hydroxyl) za vzniku CO, CO 2 a H 2 O  To způsobí enormní nárůst tlaku mezi jednotlivými rovinami atomů a jejich následné roztržení = exfoliace  Mechanizmus procesu exfoliace je jasně patrný z „červovitého“ útvaru vzniklého roztržením jednotlivého krystalu oxidu grafitu.

13 Grafen – Ramanova spektroskopie 13 Ramanova mikroskopie  tři dominantní fononové mody D (1350 cm -1 ) G (1560 cm -1 ) 2D (2690 cm -1 ).  Čistý grafen (vazby sp 2 ) obsahuje G a 2D  Defekty ve struktuře se projeví vznikem D  Vznik sp 3 interakce v grafenové struktuře  Poměr intenzit D a G umožňuje porovnávat hustotu defektů  D/G je u TRG 1,18  D/G je u CRG 1,06  nižší koncentrace defektů v CRG  v souladu s výsledky z elementární analýzy  Nízká intenzita 2D modu je způsobena vysokou koncentrací defektů v porovnání s grafenem připraveným metodou CVD Renishaw inVia Raman microscope s Nd-YAG laserem o vlnové délce 532 nm.

14 Grafen – Ramanova spektroskopie 14 Oxidace grafitu na oxid grafitu (HNO 3 /H 2 SO 4 /KClO 3 ) – zvýšení mezirovinné vzdálenosti XRD Difraktometr PANalytical X’Pert PRO s CuK α zářením od 5° do 80°  Ze záznamu rentgenové difrakce je patrná úplná oxidace grafitu a zvětšení mezirovinné vzdálenosti  z 3.38 Å na 7.19 Å

15 Grafen – Ramanova spektroskopie 15 DSC scan vzorků CRG a TRG v oboru teplot 100 – 750 °C. STA Linseis PT 1600  Dynamická atmosféra O 2 (50 ml/min)  Rychlost ohřevu 5 °C/min  °C  Hmotnost vzorků 1 – 3 mg  CRG: Hlavní exotermický efekt (oxidace uhlíku) dosahuje maxima za T=445 °C  TRG při teplotě o ~100 °C vyšší (T=552°C) CRG a TRG– DTA

16 Grafen – Ramanova spektroskopie DTA/TG scan GO 16 Oxid grafitu – DTA/TG Exfoliace Oxidace / Hoření

17  V této práci byl připraven grafen dvěma různými postupy: chemickou a termickou redukcí oxidu grafitu  Připravený materiál byl analyzován pomocí elementární analýzy, AFM, SEM, Ramanovou mikroskopií, XDR a DTA/TG  Ukázalo se, že vliv přípravy výrazně ovlivňuje teplotu oxidace. Termicky redukovaný grafen oxiduje za vyšších teplot (cca o 100°C), než chemicky redukovaný grafen. Závěr

18  Financováno z účelové podpory na specifický vysokoškolský výzkum (MŠMT č.20/2013) Poděkování

19 DĚKUJI ZA POZORNOST

20


Stáhnout ppt "Ondřej Jankovský, Petr Šimek, Filip Šaněk, David Sedmidubský, Zdeněk Sofer TERMICKÁ ANALÝZA GRAFENU A JEHO MODIFIKACÍ 1."

Podobné prezentace


Reklamy Google