Grafener i øjeblikket et af de mest populære materialer til forskning. Det har mange fremragende egenskaber, såsom høj ledningsevne, høj varmeledningsevne, gode mekaniske egenskaber osv. På det seneste har kvanteprikker lavet af grafen også tiltrukket sig stor opmærksomhed. Grafen kvanteprikker betragtes som vigtige materialer til den næste generation af optiske, elektriske og energilagringsenheder og har tiltrukket sig opmærksomhed på grund af deres fremragende ydeevnefordele i forskellige applikationer. Denne artikel vil introducere egenskaber, syntese og anvendelser af grafen kvanteprikker.
1. Udførelse afgrafen kvanteprikker
Grafen kvanteprikker er en ny type kulstofmateriale med en diameter typisk mindre end 10 nanometer. Sammenlignet med traditionelle halvlederkvanteprikker har grafenkvanteprikker følgende fordele:
(1) Justerbar størrelse: Grafen kvanteprikker har justerbare diametre. Dette gør det muligt for grafen kvanteprikker at udvise forskellige egenskaber og funktioner i forskellige applikationer.
(2) Stærk optoelektronisk ydeevne: Båndstrukturen af grafenkvanteprikker giver dem fremragende optiske og elektriske egenskaber.
(3) God stabilitet: Der er mange funktionelle grupper på overfladen af grafenkvanteprikker, som kan stabilisere deres overfladekemiske egenskaber.
2. Syntese af grafen kvanteprikker
Der er to metoder til at forberede grafen kvanteprikker: top-down og bottom-up.
Top-down syntese
Top-down tilgangen refererer til den fysiske eller kemiske ætsning af materialer i store størrelser til grafenkvanteprikker i nanoskala, som kan fremstilles gennem solvent termiske, elektrokemiske og kemiske eksfolieringsveje.
Den termiske opløsningsmiddelmetode er en af de mange metoder til fremstilling af grafen kvanteprikker, og dens proces kan opdeles i tre trin: For det første reduceres den oxiderede grafen til grafen nanoark under høj temperatur i vakuumtilstand; Oxider og skær grafen nanoplader i koncentreret svovlsyre og koncentreret salpetersyre; Endelig reduceres de oxiderede grafen nanoark i et solvent termisk miljø for at danne grafen kvanteprikker.
Processen med elektrokemisk fremstilling af grafen kvanteprikker kan opsummeres i tre faser: stadiet er induktionsperioden, hvor grafit er ved at skalle af og danne grafen, og elektrolyttens farve begynder at ændre sig fra farveløs til gul og derefter til mørk Brun; Det andet trin er en betydelig udvidelse af grafit i anoden; Tredje trin er, når grafitflagerne er skallet af anoden og dannet en sort opløsning sammen med elektrolytten. I andet og tredje trin blev der fundet sediment i bunden af bægerglasset. Ved elektrokemiske reaktioner er der en vekselvirkning mellem vand og anioner i ioniske væsker, så produkternes form og størrelsesfordeling kan justeres ved at ændre forholdet mellem vand og ioniske væsker. Størrelsen af kvanteprikker fremstillet af elektrolytter med høj ionkoncentration er større end elektrolytter med lav koncentration.
Princippet for kemisk eksfoliering af kulfibre er at eksfoliere kulstofkilden lag for lag gennem kemiske reaktioner for at opnå grafen kvanteprikker. Peng et al. brugt harpiksbaserede kulfibre som kulstofkilde, og pillede derefter grafitten, der var stablet i fibrene, af ved syrebehandling. Grafen kvanteprikker kan opnås i blot et trin, men deres partikelstørrelser er ujævne.
Bottom up syntese
Bottom-up tilgangen refererer til fremstillingen af grafen kvanteprikker ved hjælp af mindre strukturelle enheder som forløbere gennem en række interaktionskræfter, hovedsageligt gennem forberedelsesveje såsom opløsningskemi, ultralyd og mikrobølgemetoder.
Opløsningskemimetoden bruges hovedsageligt til at fremstille grafenkvanteprikker gennem opløsningsfasekemimetoden for aryloxidationskondensation. Synteseprocessen involverer den gradvise kondensationsreaktion af små molekyler (3-iod-4-bromanilin eller andre benzenderivater) polymerer for at opnå polystyren dendritiske prækursorer, efterfulgt af oxidationsreaktion for at opnå grafengrupper, og til sidst ætsning for at opnå grafen kvanteprikker.
Mikrobølgeprincippet bruger sukkerarter (såsom glukose, fruktose osv.) som kulstofkilder, fordi sukkerarter efter dehydrering kan danne C=C, som kan danne den grundlæggende skeletenhed af grafen kvanteprikker. Hydrogen- og oxygenelementerne i hydroxyl- og carboxylgrupper vil blive dehydreret og fjernet i et hydrotermisk miljø, mens de resterende funktionelle grupper stadig vil binde sig til overfladen af grafenkvanteprikker. De eksisterer som passive lag, hvilket kan få grafenkvanteprikker til at have gode vandopløseligheder og fluorescensegenskaber.
3. Anvendelse af grafen kvanteprikker
Grafen kvanteprikker har brede anvendelsesmuligheder på flere områder. Her er nogle af disse applikationer:
(1) Biomedicinsk område: Grafen kvanteprikker har god biokompatibilitet og er meget udbredt i cellebilleddannelse, lægemiddelkontrolleret frigivelse, biomolekylær sensing og andre områder.
(2) Fluorescerende stoffer: På grund af den høje fluorescensintensitet og fluorescenskvanteudbytte af grafenkvanteprikker kan de bruges i områder som displays og fluorescerende blæk.
(3) Optoelektronisk energilagringsudstyr: På grund af den gode ledningsevne og høje specifikke overfladeareal af grafenkvanteprikker kan de bruges som elektrodematerialer til superkondensatorer, lithium-ion-batterier og andre applikationer.
Sammenfattende har grafen kvanteprikker tiltrukket sig meget opmærksomhed som nye materialer. Selvom fremstillingsmetoderne til grafenkvanteprikker endnu ikke er modne nok, er deres brede anvendelsesmuligheder inden for biomedicinske, fluorescerende materialer, energilagring og andre områder værd at se frem til.
