Grafenşu anda araştırma için en popüler materyallerden biridir. Yüksek iletkenlik, yüksek termal iletkenlik, iyi mekanik özellikler vb. gibi pek çok mükemmel özelliğe sahiptir. Son zamanlarda grafenden yapılan kuantum noktaları da yaygın ilgi görmüştür. Grafen kuantum noktaları, yeni nesil optik, elektrik ve enerji depolama cihazları için önemli malzemeler olarak kabul ediliyor ve çeşitli uygulamalardaki mükemmel performans avantajları nedeniyle dikkat çekiyor. Bu makale grafen kuantum noktalarının özelliklerini, sentezini ve uygulamalarını tanıtacaktır.
1. Performansıgrafen kuantum noktaları
Grafen kuantum noktaları, çapı genellikle 10 nanometreden küçük olan yeni bir karbon malzemesi türüdür. Geleneksel yarı iletken kuantum noktalarıyla karşılaştırıldığında grafen kuantum noktaları aşağıdaki avantajlara sahiptir:
(1) Boyut ayarlanabilirliği: Grafen kuantum noktaları ayarlanabilir çaplara sahiptir. Bu, grafen kuantum noktalarının çeşitli uygulamalarda çeşitli özellikler ve işlevler sergilemesini sağlar.
(2) Güçlü optoelektronik performans: Grafen kuantum noktalarının bant yapısı onlara mükemmel optik ve elektriksel özellikler kazandırır.
(3) İyi stabilite: Grafen kuantum noktalarının yüzeyinde, yüzey kimyasal özelliklerini stabilize edebilen birçok fonksiyonel grup vardır.
2. Grafen kuantum noktalarının sentezi
Grafen kuantum noktaları hazırlamak için iki yöntem vardır: yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya.
Yukarıdan aşağıya sentez
Yukarıdan aşağıya yaklaşım, büyük boyutlu malzemelerin fiziksel veya kimyasal olarak solvent termal, elektrokimyasal ve kimyasal pul pul dökülme yollarıyla hazırlanabilen nano ölçekli grafen kuantum noktalarına aşındırılmasını ifade eder.
Çözücü termal yöntemi, grafen kuantum noktalarının hazırlanmasına yönelik birçok yöntemden biridir ve işlemi üç aşamaya ayrılabilir: ilk olarak, oksitlenmiş grafen, vakum durumunda yüksek sıcaklık altında grafen nano tabakalarına indirgenir; Grafen nano tabakalarını konsantre sülfürik asit ve konsantre nitrik asit içinde oksitleyin ve kesin; Son olarak, oksitlenmiş grafen nano tabakaları, grafen kuantum noktaları oluşturmak için solvent termal ortamında indirgenir.
Grafen kuantum noktalarının elektrokimyasal hazırlanma süreci üç aşamada özetlenebilir: Aşama, grafitin soyulup grafen oluşturmak üzere olduğu ve elektrolitin renginin renksizden sarıya ve ardından koyuya değişmeye başladığı indüksiyon dönemidir. kahverengi; İkinci aşama, anottaki grafitin önemli ölçüde genişlemesidir; Üçüncü aşama, grafit pullarının anottan soyulduğu ve elektrolitle birlikte siyah bir çözelti oluşturduğu zamandır. İkinci ve üçüncü aşamada beherin dibinde çökeltiye rastlandı. Elektrokimyasal reaksiyonlarda, iyonik sıvılarda su ile anyonlar arasında bir etkileşim olduğundan, suyun iyonik sıvılara oranı değiştirilerek ürünlerin şekil ve boyut dağılımı ayarlanabilmektedir. Yüksek iyon konsantrasyonuna sahip elektrolitlerden hazırlanan kuantum noktalarının boyutu, düşük konsantrasyona sahip elektrolitlerden daha büyüktür.
Karbon fiberlerin kimyasal pul pul dökülmesinin prensibi, grafen kuantum noktaları elde etmek için karbon kaynağı katmanını kimyasal reaksiyonlar yoluyla katman katman pul pul dökmektir. Peng ve diğerleri. karbon kaynağı olarak reçine bazlı karbon fiberleri kullandı ve daha sonra fiberlerin içinde biriken grafiti asit işlemiyle soydu. Grafen kuantum noktaları yalnızca tek bir adımda elde edilebilir ancak parçacık boyutları eşit değildir.
Aşağıdan yukarıya sentez
Aşağıdan yukarıya yaklaşım, esas olarak çözelti kimyası, ultrason ve mikrodalga yöntemleri gibi hazırlama yolları yoluyla bir dizi etkileşim kuvveti yoluyla öncül olarak daha küçük yapısal birimler kullanılarak grafen kuantum noktalarının hazırlanmasını ifade eder.
Çözelti kimyası yöntemi esas olarak aril oksidasyon yoğunlaşmasının çözelti fazı kimyası yöntemi yoluyla grafen kuantum noktaları hazırlamak için kullanılır. Sentez süreci, polistiren dendritik öncüleri elde etmek için küçük moleküllü (3-iyodo-4-bromoanilin veya diğer benzen türevleri) polimerlerin kademeli yoğunlaşma reaksiyonunu, ardından grafen gruplarını elde etmek için oksidasyon reaksiyonunu ve son olarak grafen kuantum noktaları elde etmek için aşındırmayı içerir.
Mikrodalga prensibi, karbon kaynağı olarak şekerleri (glikoz, fruktoz vb.) kullanır, çünkü dehidrasyondan sonra şekerler, grafen kuantum noktalarının temel iskelet birimini oluşturabilen C=C oluşturabilir. Hidroksil ve karboksil gruplardaki hidrojen ve oksijen elementleri hidrotermal ortamda dehidre edilecek ve uzaklaştırılacak, geri kalan fonksiyonel gruplar ise grafen kuantum noktalarının yüzeyine bağlanmaya devam edecek. Grafen kuantum noktalarının suda iyi çözünürlük ve floresans özelliklerine sahip olmasını sağlayan pasif katmanlar halinde bulunurlar.
3. Grafen kuantum noktalarının uygulanması
Grafen kuantum noktalarının birçok alanda geniş uygulama olanakları vardır. İşte bu uygulamalardan bazıları:
(1) Biyomedikal alan: Grafen kuantum noktaları iyi bir biyouyumluluğa sahiptir ve hücre görüntüleme, ilaç kontrollü salım, biyomoleküler algılama ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır.
(2) Floresan maddeler: Grafen kuantum noktalarının yüksek floresans yoğunluğu ve floresans kuantum verimi nedeniyle ekranlar ve floresan mürekkepler gibi alanlarda kullanılabilirler.
(3) Optoelektronik enerji depolama ekipmanı: Grafen kuantum noktalarının iyi iletkenliği ve yüksek spesifik yüzey alanı nedeniyle süper kapasitörler, lityum iyon piller ve diğer uygulamalar için elektrot malzemesi olarak kullanılabilirler.
Özetle, grafen kuantum noktaları yeni malzemeler olarak büyük ilgi gördü. Grafen kuantum noktalarının hazırlanma yöntemleri henüz yeterince olgun olmasa da biyomedikal, floresan malzemeler, enerji depolama ve diğer alanlardaki geniş uygulama umutları sabırsızlıkla beklenmeye değer.
