Применение и обработка оксида графена и восстановленного оксида графена

Описание

Оксид графена - это окисленная форма графена с кислородными группами. Редуцированный оксид графена получается после того, как в процессе восстановления удаляются многие кислородные группы. Оба материала обладают уникальными свойствами. Они имеют слоистую структуру с высокой площадью поверхности. Оксид графена легко диспергируется в воде. Оксид графена в восстановленном виде возвращает себе часть электропроводности чистого графена. Оба материала полезны во многих отраслях.

Методы синтеза и восстановления

Оксид графена обычно получают из графита. В распространенном методе используются сильные окислители в растворе кислоты с последующим отшелушиванием. Типичный рецепт начинается с получения графитового порошка и обработки его смесью кислот и окислителей. Эти химические вещества вставляют кислородные группы между слоями.

После того как оксид графена получен, его можно превратить в восстановленный оксид графена. Редукция может происходить путем термической обработки или химического восстановления. Химические агенты, такие как гидразин или витамин С, удаляют некоторые кислородные группы. Термическая обработка может осуществляться путем нагревания материала в среде инертного газа. Этот процесс прост и надежен. В результате получается материал с улучшенной электропроводностью.

Электронные приложения

Оксид графена и восстановленный оксид графена находят широкое применение в электронных устройствах. Редуцированный оксид графена используется в печатной электронике. Он помогает создавать гибкие и недорогие схемы. Во многих датчиках используется восстановленный оксид графена, поскольку он хорошо проводит электроны. В некоторых случаях материал используется в качестве прозрачного проводника. Я помню случаи, когда пленки из восстановленного оксида графена заменяли традиционные материалы в сенсорных экранах. Оксид графена, с другой стороны, полезен для изолирующих слоев благодаря содержанию кислорода. Его часто применяют в устройствах, где требуется баланс между проводимостью и изоляцией. Этому способствуют звуковые устройства, дисплеи и различные датчики. Материал также используется в простых транзисторах и других полупроводниковых устройствах.

Применение для хранения энергии

Накопление энергии - еще одна область, в которой используются эти материалы. В настоящее время в аккумуляторных технологиях используются слои восстановленного оксида графена для создания проводящих сетей. Эти сети поддерживают высокую мощность и быстрые циклы зарядки. Суперконденсаторы также были разработаны с использованием материалов на основе оксида графена. Высокая площадь поверхности улучшает формирование двойного электрического слоя. В простых лабораторных схемах были протестированы электроды, изготовленные из композитов на основе оксида графена. В одном случае исследователи увеличили плотность энергии, смешав восстановленные слои с оксидами металлов. Результаты многообещающие для будущих устройств. Я видел множество прототипов, которые выигрывают от экономичности этих материалов. Они обеспечивают стабильность, высокую проводимость и улучшенную производительность.

Биомедицинские приложения

В биомедицинских областях оксид графена и восстановленный оксид графена используются очень бережно. Эти материалы перспективны для систем доставки лекарств, биосенсоров и агентов визуализации. Оксид графена обладает отличной дисперсностью в жидких средах, что полезно при изготовлении однородных растворов для инъекций. Редуцированный оксид графена был переработан в тонкие пленки, способные взаимодействовать с клетками. Исследователи рассматривают возможность его использования в тканевой инженерии. Его большая площадь поверхности помогает удерживать биологические молекулы. В некоторых лабораториях проверялась его совместимость с различными типами клеток. Я часто упоминал о важности тщательной очистки для снижения токсичности. Простота обработки и большая площадь поверхности делают эти материалы привлекательными для диагностических тестов и некоторых методов лечения рака. Их биосовместимость постоянно улучшается благодаря дальнейшей обработке и химическому воздействию.

Сводная таблица: Случаи применения GO и rGO

Более подробную информацию о промышленных применениях можно найти в Stanford Advanced Materials (SAM).

Заключение

Оксид графена и восстановленный оксид графена являются ведущими материалами во многих современных приложениях. Их уникальная структура обеспечивает преимущества, с которыми не могут сравниться простые материалы. Сильные окислительные процессы позволяют получить оксид графена, а восстановление восстанавливает многие свойства чистого графена. Эти материалы используются в электронике, накопителях энергии и биомедицине.

Часто задаваемые вопросы

F: Как получают оксид графена?
В: Оксид графена получают путем окисления графита с помощью кислот и окислителей, а затем отшелушивания его в слои.

F: Что улучшает применение восстановленного оксида графена в электронике?
В: Редукция улучшает электропроводность, что делает его подходящим для печатной электроники и датчиков.

F: Безопасен ли оксид графена для использования в биомедицине?
В: Очищенный оксид графена демонстрирует многообещающую биосовместимость после тщательной обработки и лечения.