கிராஃபைட் செயற்கை கிராஃபைட் மற்றும் இயற்கை கிராஃபைட் என பிரிக்கப்பட்டுள்ளது, உலகின் நிரூபிக்கப்பட்ட இயற்கை கிராஃபைட் இருப்புக்கள் சுமார் 2 பில்லியன் டன்கள்.
சாதாரண அழுத்தத்தின் கீழ் கார்பன் கொண்ட பொருட்களின் சிதைவு மற்றும் வெப்ப சிகிச்சை மூலம் செயற்கை கிராஃபைட் பெறப்படுகிறது. இந்த மாற்றத்திற்கு உந்து சக்தியாக போதுமான அளவு வெப்பநிலை மற்றும் ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, மேலும் ஒழுங்கற்ற அமைப்பு வரிசைப்படுத்தப்பட்ட கிராஃபைட் படிக அமைப்பாக மாற்றப்படும்.
கிராஃபிடைசேஷன் என்பது கார்பனேசியப் பொருளின் பரந்த பொருளில் 2000 ℃ க்கும் அதிகமான வெப்பநிலை வெப்ப சிகிச்சை கார்பன் அணுக்களை மறுசீரமைத்தல் மூலம் உருவாக்கப்படுகிறது, இருப்பினும் 3000 ℃ க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையில் சில கார்பன் பொருட்கள் கிராஃபிடைசேஷன், இந்த வகையான கார்பன் பொருட்கள் "கடினமான கரி" என்று அழைக்கப்பட்டன, எளிதான கிராஃபிடைசேஷன் கார்பன் பொருட்களுக்கு, பாரம்பரிய கிராஃபிடைசேஷன் முறையில் உயர் வெப்பநிலை மற்றும் உயர் அழுத்த முறை, வினையூக்க கிராஃபிடைசேஷன், வேதியியல் நீராவி படிவு முறை போன்றவை அடங்கும்.
கார்பனேசியப் பொருட்களின் அதிக மதிப்பு கூட்டப்பட்ட பயன்பாட்டிற்கு கிராஃபிடைசேஷன் ஒரு சிறந்த வழியாகும். அறிஞர்களின் விரிவான மற்றும் ஆழமான ஆராய்ச்சிக்குப் பிறகு, இது இப்போது அடிப்படையில் முதிர்ச்சியடைந்துள்ளது. இருப்பினும், சில சாதகமற்ற காரணிகள் தொழில்துறையில் பாரம்பரிய கிராஃபிடைசேஷன் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன, எனவே புதிய கிராஃபிடைசேஷன் முறைகளை ஆராய்வது தவிர்க்க முடியாத போக்காகும்.
19 ஆம் நூற்றாண்டிலிருந்து உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பு முறை ஒரு நூற்றாண்டுக்கும் மேலாக வளர்ச்சியடைந்து வருகிறது, அதன் அடிப்படைக் கோட்பாடு மற்றும் புதிய முறைகள் தொடர்ந்து புதுமை மற்றும் மேம்பாட்டிற்கு உட்பட்டவை, இப்போது பாரம்பரிய உலோகவியல் துறைக்கு மட்டும் அல்ல, 21 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில், உருகிய உப்பு அமைப்பில் உலோகம் திட ஆக்சைடு மின்னாற்பகுப்பு குறைப்பு தனிம உலோகங்களை தயாரிப்பதில் கவனம் செலுத்துகிறது,
சமீபத்தில், உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பு மூலம் கிராஃபைட் பொருட்களை தயாரிப்பதற்கான ஒரு புதிய முறை அதிக கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது.
கத்தோடிக் துருவப்படுத்தல் மற்றும் மின்முனைப்பு மூலம், இரண்டு வெவ்வேறு வகையான கார்பன் மூலப்பொருட்கள் அதிக கூடுதல் மதிப்பு கொண்ட நானோ-கிராஃபைட் பொருட்களாக மாற்றப்படுகின்றன. பாரம்பரிய கிராஃபிடைசேஷன் தொழில்நுட்பத்துடன் ஒப்பிடும்போது, புதிய கிராஃபிடைசேஷன் முறை குறைந்த கிராஃபிடைசேஷன் வெப்பநிலை மற்றும் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய உருவவியல் ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது.
இந்த ஆய்வறிக்கை மின்வேதியியல் முறை மூலம் கிராஃபிடைசேஷனின் முன்னேற்றத்தை மதிப்பாய்வு செய்கிறது, இந்த புதிய தொழில்நுட்பத்தை அறிமுகப்படுத்துகிறது, அதன் நன்மைகள் மற்றும் தீமைகளை பகுப்பாய்வு செய்கிறது மற்றும் அதன் எதிர்கால வளர்ச்சிப் போக்கை எதிர்பார்க்கிறது.
முதலில், உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பு கேத்தோடு துருவமுனைப்பு முறை
1.1 மூலப்பொருள்
தற்போது, செயற்கை கிராஃபைட்டின் முக்கிய மூலப்பொருள் அதிக கிராஃபைட்டேஷன் அளவு கொண்ட ஊசி கோக் மற்றும் பிட்ச் கோக் ஆகும், அதாவது எண்ணெய் எச்சம் மற்றும் நிலக்கரி தார் மூலப்பொருளாகக் கொண்டு உயர்தர கார்பன் பொருட்களை உற்பத்தி செய்ய, குறைந்த போரோசிட்டி, குறைந்த கந்தகம், குறைந்த சாம்பல் உள்ளடக்கம் மற்றும் கிராஃபைட்டேஷனின் நன்மைகள், கிராஃபைட்டில் தயாரிக்கப்பட்ட பிறகு தாக்கத்திற்கு நல்ல எதிர்ப்பு, அதிக இயந்திர வலிமை, குறைந்த எதிர்ப்புத் திறன் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது.
இருப்பினும், குறைந்த எண்ணெய் இருப்புக்கள் மற்றும் ஏற்ற இறக்கமான எண்ணெய் விலைகள் அதன் வளர்ச்சியைக் கட்டுப்படுத்தியுள்ளன, எனவே புதிய மூலப்பொருட்களைத் தேடுவது தீர்க்கப்பட வேண்டிய அவசரப் பிரச்சினையாக மாறியுள்ளது.
பாரம்பரிய கிராஃபிடைசேஷன் முறைகள் வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் வெவ்வேறு கிராஃபிடைசேஷன் முறைகள் வெவ்வேறு மூலப்பொருட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. கிராஃபிடைசேஷன் செய்யப்படாத கார்பனுக்கு, பாரம்பரிய முறைகள் அதை கிராஃபிடைசேஷன் செய்ய முடியாது, அதே நேரத்தில் உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பின் மின்வேதியியல் சூத்திரம் மூலப்பொருட்களின் வரம்பை உடைத்து, கிட்டத்தட்ட அனைத்து பாரம்பரிய கார்பன் பொருட்களுக்கும் ஏற்றது.
பாரம்பரிய கார்பன் பொருட்களில் கார்பன் கருப்பு, செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பன், நிலக்கரி போன்றவை அடங்கும், அவற்றில் நிலக்கரி மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய ஒன்றாகும். நிலக்கரி அடிப்படையிலான மை நிலக்கரியை முன்னோடியாக எடுத்துக்கொண்டு, முன் சிகிச்சைக்குப் பிறகு அதிக வெப்பநிலையில் கிராஃபைட் தயாரிப்புகளாக தயாரிக்கப்படுகிறது.
சமீபத்தில், இந்த ஆய்வறிக்கை பெங் போன்ற புதிய மின்வேதியியல் முறைகளை முன்மொழிகிறது, உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பு மூலம் கார்பன் கருப்பு நிறத்தை கிராஃபைட் செய்ய வாய்ப்பில்லை, கிராஃபைட்டின் உயர் படிகத்தன்மையில், இதழின் வடிவ கிராஃபைட் நானோமீட்டர் சில்லுகளைக் கொண்ட கிராஃபைட் மாதிரிகளின் மின்னாற்பகுப்பு, அதிக குறிப்பிட்ட மேற்பரப்புப் பகுதியைக் கொண்டுள்ளது, லித்தியம் பேட்டரிக்கு பயன்படுத்தப்படும்போது கேத்தோடு இயற்கையான கிராஃபைட்டை விட சிறந்த மின்வேதியியல் செயல்திறனைக் காட்டியது.
Zhu மற்றும் பலர், 950 ℃ இல் மின்னாற்பகுப்புக்காக CaCl2 உருகிய உப்பு அமைப்பில் டீஷிங் சிகிச்சை செய்யப்பட்ட குறைந்த தரமான நிலக்கரியை வைத்து, குறைந்த தரமான நிலக்கரியை உயர் படிகத்தன்மை கொண்ட கிராஃபைட்டாக வெற்றிகரமாக மாற்றினர், இது லித்தியம் அயன் பேட்டரியின் அனோடாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது நல்ல விகித செயல்திறன் மற்றும் நீண்ட சுழற்சி ஆயுளைக் காட்டியது.
உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பு மூலம் பல்வேறு வகையான பாரம்பரிய கார்பன் பொருட்களை கிராஃபைட்டாக மாற்றுவது சாத்தியமானது என்பதை இந்த சோதனை காட்டுகிறது, இது எதிர்கால செயற்கை கிராஃபைட்டுக்கு ஒரு புதிய வழியைத் திறக்கிறது.
1.2 இன் வழிமுறை
உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பு முறை கார்பன் பொருளை கேத்தோடாகப் பயன்படுத்தி, கத்தோடிக் துருவமுனைப்பு மூலம் அதிக படிகத்தன்மை கொண்ட கிராஃபைட்டாக மாற்றுகிறது. தற்போதுள்ள இலக்கியங்கள் கத்தோடிக் துருவமுனைப்பின் சாத்தியமான மாற்ற செயல்பாட்டில் ஆக்ஸிஜனை அகற்றுதல் மற்றும் கார்பன் அணுக்களின் நீண்ட தூர மறுசீரமைப்பு பற்றி குறிப்பிடுகின்றன.
கார்பன் பொருட்களில் ஆக்ஸிஜன் இருப்பது கிராஃபிடைசேஷனை ஓரளவிற்குத் தடுக்கும். பாரம்பரிய கிராஃபிடைசேஷனில், வெப்பநிலை 1600K ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்போது ஆக்ஸிஜன் மெதுவாக அகற்றப்படும். இருப்பினும், கத்தோடிக் துருவமுனைப்பு மூலம் ஆக்ஸிஜனேற்றம் செய்வது மிகவும் வசதியானது.
பெங், முதலியோர் முதன்முறையாக சோதனைகளில் உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பு கத்தோடிக் துருவமுனைப்பு சாத்தியமான பொறிமுறையை முன்வைத்தனர், அதாவது கிராஃபிடைசேஷன் தொடங்க வேண்டிய இடம் திட கார்பன் நுண்கோளங்கள்/எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தில் அமைந்திருப்பது, முதலில் கார்பன் நுண்கோளம் ஒரு அடிப்படை விட்டம் கொண்ட கிராஃபைட் ஓட்டைச் சுற்றி உருவாகிறது, பின்னர் ஒருபோதும் நிலையான நீரற்ற கார்பன் கார்பன் அணுக்கள் முழுமையாக கிராஃபிடைஸ் செய்யப்படும் வரை மிகவும் நிலையான வெளிப்புற கிராஃபைட் செதில்களாக பரவாது,
கிராஃபிடைசேஷன் செயல்முறை ஆக்ஸிஜனை அகற்றுவதோடு சேர்ந்துள்ளது, இது சோதனைகள் மூலமும் உறுதிப்படுத்தப்படுகிறது.
ஜின் மற்றும் பலர் இந்தக் கண்ணோட்டத்தை சோதனைகள் மூலம் நிரூபித்தனர். குளுக்கோஸின் கார்பனேற்றத்திற்குப் பிறகு, கிராஃபிடைசேஷன் (17% ஆக்ஸிஜன் உள்ளடக்கம்) மேற்கொள்ளப்பட்டது. கிராஃபிடைசேஷன் பிறகு, அசல் திட கார்பன் கோளங்கள் (படம் 1a மற்றும் 1c) கிராஃபைட் நானோஷீட்களால் ஆன ஒரு நுண்துளை ஓட்டை உருவாக்கியது (படம் 1b மற்றும் 1d).
கார்பன் இழைகளின் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் (16% ஆக்ஸிஜன்), இலக்கியத்தில் ஊகிக்கப்பட்ட மாற்ற வழிமுறையின்படி, கிராஃபிடைசேஷனுக்குப் பிறகு கார்பன் இழைகள் கிராஃபைட் குழாய்களாக மாற்றப்படலாம்.
நீண்ட தூர இயக்கம் கார்பன் அணுக்களின் கத்தோடிக் துருவமுனைப்பின் கீழ் உள்ளது என்று நம்பப்படுகிறது, உயர் படிக கிராஃபைட்டிலிருந்து உருவமற்ற கார்பன் மறுசீரமைப்பு செயலாக்கப்பட வேண்டும், செயற்கை கிராஃபைட் தனித்துவமான இதழ்கள் நானோ கட்டமைப்புகளை ஆக்ஸிஜன் அணுக்களால் பயனடைந்தன, ஆனால் கிராஃபைட் நானோமீட்டர் கட்டமைப்பை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பது தெளிவாக இல்லை, எடுத்துக்காட்டாக கேத்தோடு வினைக்குப் பிறகு கார்பன் எலும்புக்கூட்டிலிருந்து ஆக்ஸிஜன் போன்றவை,
தற்போது, இந்த வழிமுறை குறித்த ஆராய்ச்சி இன்னும் ஆரம்ப கட்டத்தில் உள்ளது, மேலும் ஆராய்ச்சி தேவை.
1.3 செயற்கை கிராஃபைட்டின் உருவவியல் பண்புகள்
கிராஃபைட்டின் நுண்ணிய மேற்பரப்பு உருவ அமைப்பைக் கண்காணிக்க SEM பயன்படுத்தப்படுகிறது, 0.2 μm க்கும் குறைவான கட்டமைப்பு உருவ அமைப்பைக் கண்காணிக்க TEM பயன்படுத்தப்படுகிறது, XRD மற்றும் ராமன் நிறமாலை ஆகியவை கிராஃபைட்டின் நுண் கட்டமைப்பை வகைப்படுத்த பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் வழிமுறைகளாகும், கிராஃபைட்டின் படிகத் தகவலை வகைப்படுத்த XRD பயன்படுத்தப்படுகிறது, மற்றும் கிராஃபைட்டின் குறைபாடுகள் மற்றும் வரிசை அளவை வகைப்படுத்த ராமன் நிறமாலை பயன்படுத்தப்படுகிறது.
உருகிய உப்பு மின்னாற்பகுப்பின் கேத்தோடு துருவமுனைப்பு மூலம் தயாரிக்கப்பட்ட கிராஃபைட்டில் பல துளைகள் உள்ளன. கார்பன் கருப்பு மின்னாற்பகுப்பு போன்ற பல்வேறு மூலப்பொருட்களுக்கு, இதழ் போன்ற நுண்துளை நானோ கட்டமைப்புகள் பெறப்படுகின்றன. மின்னாற்பகுப்புக்குப் பிறகு கார்பன் கருப்பு நிறத்தில் XRD மற்றும் ராமன் நிறமாலை பகுப்பாய்வு மேற்கொள்ளப்படுகிறது.
827 ℃ இல், 1 மணிநேரத்திற்கு 2.6V மின்னழுத்தத்துடன் சிகிச்சையளிக்கப்பட்ட பிறகு, கார்பன் கருப்பு நிறத்தின் ராமன் நிறமாலை படம் கிட்டத்தட்ட வணிக கிராஃபைட்டைப் போலவே உள்ளது. கார்பன் கருப்பு வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளுடன் சிகிச்சையளிக்கப்பட்ட பிறகு, கூர்மையான கிராஃபைட் பண்பு உச்சம் (002) அளவிடப்படுகிறது. விளிம்பு உச்சம் (002) கிராஃபைட்டில் உள்ள நறுமண கார்பன் அடுக்கின் நோக்குநிலையின் அளவைக் குறிக்கிறது.
கார்பன் அடுக்கு எவ்வளவு கூர்மையாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவுக்கு அது நோக்குநிலை கொண்டது.
சோதனையில் சுத்திகரிக்கப்பட்ட தாழ்வான நிலக்கரியை கேத்தோடாக Zhu பயன்படுத்தினார், மேலும் கிராஃபிடைஸ் செய்யப்பட்ட தயாரிப்பின் நுண் கட்டமைப்பு சிறுமணியிலிருந்து பெரிய கிராஃபைட் அமைப்பாக மாற்றப்பட்டது, மேலும் உயர் விகித பரிமாற்ற எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியின் கீழ் இறுக்கமான கிராஃபைட் அடுக்கும் காணப்பட்டது.
ராமன் நிறமாலையில், சோதனை நிலைமைகளின் மாற்றத்துடன், ID/Ig மதிப்பும் மாறியது. மின்னாற்பகுப்பு வெப்பநிலை 950 ℃ ஆக இருந்தபோது, மின்னாற்பகுப்பு நேரம் 6 மணிநேரமாகவும், மின்னாற்பகுப்பு மின்னழுத்தம் 2.6V ஆகவும், மிகக் குறைந்த ID/Ig மதிப்பு 0.3 ஆகவும், D உச்சம் G உச்சத்தை விட மிகக் குறைவாகவும் இருந்தது. அதே நேரத்தில், 2D உச்சத்தின் தோற்றம் மிகவும் வரிசைப்படுத்தப்பட்ட கிராஃபைட் கட்டமைப்பின் உருவாக்கத்தையும் குறிக்கிறது.
XRD படத்தில் உள்ள கூர்மையான (002) விளிம்பு விளைவு உச்சநிலை, தாழ்வான நிலக்கரியை அதிக படிகத்தன்மை கொண்ட கிராஃபைட்டாக வெற்றிகரமாக மாற்றுவதை உறுதிப்படுத்துகிறது.
கிராஃபிடைசேஷன் செயல்பாட்டில், வெப்பநிலை மற்றும் மின்னழுத்தத்தின் அதிகரிப்பு ஒரு ஊக்கமளிக்கும் பாத்திரத்தை வகிக்கும், ஆனால் அதிக மின்னழுத்தம் கிராஃபைட்டின் விளைச்சலைக் குறைக்கும், மேலும் அதிக வெப்பநிலை அல்லது அதிக நீண்ட கிராஃபிடைசேஷன் நேரம் வளங்களை வீணாக்க வழிவகுக்கும், எனவே வெவ்வேறு கார்பன் பொருட்களுக்கு, மிகவும் பொருத்தமான மின்னாற்பகுப்பு நிலைமைகளை ஆராய்வது மிகவும் முக்கியமானது, இது கவனம் மற்றும் சிரமமாகும்.
இந்த இதழ் போன்ற செதில் நானோ அமைப்பு சிறந்த மின்வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. அதிக எண்ணிக்கையிலான துளைகள் அயனிகளை விரைவாகச் செருக/உட்செலுத்த அனுமதிக்கின்றன, இது பேட்டரிகள் போன்றவற்றுக்கு உயர்தர கேத்தோடு பொருட்களை வழங்குகிறது. எனவே, மின்வேதியியல் முறை கிராஃபிடைசேஷன் மிகவும் சாத்தியமான கிராஃபிடைசேஷன் முறையாகும்.
உருகிய உப்பு மின்முனைப் படிவு முறை
2.1 கார்பன் டை ஆக்சைட்டின் மின்முனை படிவு
மிக முக்கியமான பசுமை இல்ல வாயுவாக, CO2 நச்சுத்தன்மையற்ற, பாதிப்பில்லாத, மலிவான மற்றும் எளிதில் கிடைக்கக்கூடிய புதுப்பிக்கத்தக்க வளமாகும். இருப்பினும், CO2 இல் உள்ள கார்பன் மிக உயர்ந்த ஆக்சிஜனேற்ற நிலையில் உள்ளது, எனவே CO2 அதிக வெப்ப இயக்கவியல் நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது, இது மீண்டும் பயன்படுத்துவதை கடினமாக்குகிறது.
CO2 மின்முனைப்பு பற்றிய ஆரம்பகால ஆராய்ச்சி 1960 களில் தொடங்கியது. இங்க்ராம் மற்றும் பலர் Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 என்ற உருகிய உப்பு அமைப்பில் தங்க மின்முனையில் கார்பனை வெற்றிகரமாக தயாரித்தனர்.
வெவ்வேறு குறைப்பு ஆற்றல்களில் பெறப்பட்ட கார்பன் பொடிகள் கிராஃபைட், உருவமற்ற கார்பன் மற்றும் கார்பன் நானோ இழைகள் உள்ளிட்ட வெவ்வேறு கட்டமைப்புகளைக் கொண்டிருந்தன என்று வான் மற்றும் பலர் சுட்டிக்காட்டினர்.
CO2 ஐப் பிடிக்க உருகிய உப்பு மற்றும் கார்பன் பொருள் வெற்றிக்கான தயாரிப்பு முறை மூலம், நீண்ட கால ஆராய்ச்சி அறிஞர்கள் கார்பன் படிவு உருவாக்கும் பொறிமுறையிலும், இறுதிப் பொருளில் மின்னாற்பகுப்பு நிலைமைகளின் விளைவு, மின்னாற்பகுப்பு வெப்பநிலை, மின்னாற்பகுப்பு மின்னழுத்தம் மற்றும் உருகிய உப்பு மற்றும் மின்முனைகளின் கலவை போன்றவற்றிலும் கவனம் செலுத்தியுள்ளனர். CO2 இன் மின்னாற்பகுப்புக்கான உயர் செயல்திறன் கிராஃபைட் பொருட்களைத் தயாரிப்பது ஒரு உறுதியான அடித்தளத்தை அமைத்துள்ளது.
எலக்ட்ரோலைட்டை மாற்றுவதன் மூலமும், அதிக CO2 பிடிப்பு திறன் கொண்ட CaCl2-அடிப்படையிலான உருகிய உப்பு அமைப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும், ஹு மற்றும் பலர், மின்னாற்பகுப்பு வெப்பநிலை, மின்முனை கலவை மற்றும் உருகிய உப்பு கலவை போன்ற மின்னாற்பகுப்பு நிலைமைகளை ஆய்வு செய்வதன் மூலம், அதிக கிராஃபிடைசேஷன் பட்டம் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் பிற நானோகிராஃபைட் கட்டமைப்புகளைக் கொண்ட கிராஃபீனை வெற்றிகரமாக தயாரித்தனர்.
கார்பனேட் அமைப்புடன் ஒப்பிடும்போது, CaCl2 மலிவானது மற்றும் எளிதாகப் பெறுதல், அதிக கடத்துத்திறன், தண்ணீரில் கரையக்கூடியது மற்றும் ஆக்ஸிஜன் அயனிகளின் அதிக கரைதிறன் ஆகிய நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது, இது CO2 ஐ அதிக மதிப்புள்ள கிராஃபைட் பொருட்களாக மாற்றுவதற்கான தத்துவார்த்த நிலைமைகளை வழங்குகிறது.
2.2 உருமாற்ற பொறிமுறை
உருகிய உப்பிலிருந்து CO2 ஐ மின்முனையாக்குவதன் மூலம் அதிக மதிப்பு கூட்டப்பட்ட கார்பன் பொருட்களை தயாரிப்பதில் முக்கியமாக CO2 பிடிப்பு மற்றும் மறைமுகக் குறைப்பு ஆகியவை அடங்கும். சமன்பாடு (1) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, உருகிய உப்பில் இலவச O2- மூலம் CO2 பிடிப்பு நிறைவு செய்யப்படுகிறது:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
தற்போது, மூன்று மறைமுக குறைப்பு வினை வழிமுறைகள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன: ஒரு-படி வினை, இரண்டு-படி வினை மற்றும் உலோகக் குறைப்பு வினை வழிமுறை.
சமன்பாடு (2) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒரு-படி வினை பொறிமுறையை முதலில் இங்க்ராம் முன்மொழிந்தார்:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
சமன்பாடு (3-4) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இரண்டு-படி எதிர்வினை பொறிமுறையை போருக்கா மற்றும் பலர் முன்மொழிந்தனர்:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
உலோகக் குறைப்பு வினையின் பொறிமுறையை டீன்ஹார்ட் மற்றும் பலர் முன்மொழிந்தனர். சமன்பாடு (5~6) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, உலோக அயனிகள் முதலில் கேத்தோடில் உலோகமாகக் குறைக்கப்பட்டு, பின்னர் உலோகம் கார்பனேட் அயனிகளாகக் குறைக்கப்படும் என்று அவர்கள் நம்பினர்:
எம்- + இ – → எம் (5)
4 மீ + M2CO3 – > C + 3 மீ2o (6)
தற்போது, ஒரு-படி எதிர்வினை வழிமுறை பொதுவாக தற்போதுள்ள இலக்கியங்களில் ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகிறது.
யின் மற்றும் பலர், நிக்கலை கேத்தோடாகவும், டின் டை ஆக்சைடை அனோடாகவும், வெள்ளி கம்பியை குறிப்பு மின்முனையாகவும் கொண்டு Li-Na-K கார்பனேட் அமைப்பை ஆய்வு செய்தனர், மேலும் படம் 2 இல் (ஸ்கேனிங் விகிதம் 100 mV/s) நிக்கல் கேத்தோடில் சுழற்சி வோல்டாமெட்ரி சோதனை உருவத்தைப் பெற்றனர், மேலும் எதிர்மறை ஸ்கேனிங்கில் ஒரே ஒரு குறைப்பு உச்சம் (-2.0V இல்) இருப்பதைக் கண்டறிந்தனர்.
எனவே, கார்பனேட் குறைப்பின் போது ஒரே ஒரு வினை மட்டுமே நிகழ்ந்தது என்று முடிவு செய்யலாம்.
காவோ மற்றும் பலர் அதே கார்பனேட் அமைப்பில் அதே சுழற்சி மின்னழுத்த அளவீட்டைப் பெற்றனர்.
Ge மற்றும் பலர் LiCl-Li2CO3 அமைப்பில் CO2 ஐப் பிடிக்க மந்த அனோட் மற்றும் டங்ஸ்டன் கேத்தோடு ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தினர் மற்றும் ஒத்த படங்களைப் பெற்றனர், மேலும் எதிர்மறை ஸ்கேனிங்கில் கார்பன் படிவின் குறைப்பு உச்சம் மட்டுமே தோன்றியது.
கார உலோக உருகிய உப்பு அமைப்பில், கார்பன் கேத்தோடு மூலம் படியெடுக்கப்படும் போது கார உலோகங்கள் மற்றும் CO2 உருவாகும். இருப்பினும், கார்பன் படிவு வினையின் வெப்ப இயக்கவியல் நிலைமைகள் குறைந்த வெப்பநிலையில் குறைவாக இருப்பதால், பரிசோதனையில் கார்பனேட்டை கார்பனாகக் குறைப்பதை மட்டுமே கண்டறிய முடியும்.
2.3 கிராஃபைட் பொருட்களை தயாரிக்க உருகிய உப்பு மூலம் CO2 பிடிப்பு
கிராஃபீன் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் போன்ற உயர் மதிப்பு கூட்டப்பட்ட கிராஃபைட் நானோ பொருட்களை, உருகிய உப்பிலிருந்து CO2 ஐ மின்முனையாக்குவதன் மூலம் சோதனை நிலைமைகளைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் தயாரிக்கலாம். ஹு மற்றும் பலர் CaCl2-NaCl-CaO உருகிய உப்பு அமைப்பில் துருப்பிடிக்காத எஃகை கேத்தோடாகப் பயன்படுத்தினர் மற்றும் வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் 2.6V நிலையான மின்னழுத்தத்தின் கீழ் 4 மணிநேரம் மின்னாற்பகுப்பு செய்தனர்.
இரும்பின் வினையூக்கம் மற்றும் கிராஃபைட் அடுக்குகளுக்கு இடையில் CO இன் வெடிக்கும் விளைவு காரணமாக, கேத்தோடின் மேற்பரப்பில் கிராஃபீன் கண்டறியப்பட்டது. கிராஃபீனின் தயாரிப்பு செயல்முறை படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.
படம்
பின்னர் மேற்கொள்ளப்பட்ட ஆய்வுகள் CaCl2-NaClCaO உருகிய உப்பு அமைப்பின் அடிப்படையில் Li2SO4 ஐச் சேர்த்தன, மின்னாற்பகுப்பு வெப்பநிலை 625 ℃ ஆக இருந்தது, 4 மணிநேர மின்னாற்பகுப்புக்குப் பிறகு, அதே நேரத்தில் கார்பனின் கத்தோடிக் படிவில் கிராபெனின் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் காணப்பட்டன, ஆய்வில் Li+ மற்றும் SO4 2- ஆகியவை கிராஃபிடைசேஷனில் நேர்மறையான விளைவைக் கொண்டுவருவதாகக் கண்டறியப்பட்டது.
கந்தகமும் கார்பன் உடலில் வெற்றிகரமாக ஒருங்கிணைக்கப்படுகிறது, மேலும் மின்னாற்பகுப்பு நிலைமைகளைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் மிக மெல்லிய கிராஃபைட் தாள்கள் மற்றும் இழை கார்பனைப் பெறலாம்.
கிராஃபீன் உருவாவதற்கு அதிக மற்றும் குறைந்த மின்னாற்பகுப்பு வெப்பநிலை போன்ற பொருட்கள் மிக முக்கியமானவை. 800℃ க்கும் அதிகமான வெப்பநிலை கார்பனுக்கு பதிலாக CO ஐ உருவாக்குவது எளிதாக இருக்கும்போது, 950℃ க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையில் கார்பன் படிவு கிட்டத்தட்ட இருக்காது. எனவே கிராஃபீன் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்களை உற்பத்தி செய்வதற்கும், கேத்தோடு நிலையான கிராஃபீனை உருவாக்குவதை உறுதி செய்வதற்கும் தேவையான கார்பன் படிவு எதிர்வினை CO எதிர்வினை சினெர்ஜியை மீட்டெடுப்பதற்கும் வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு மிகவும் முக்கியமானது.
இந்தப் பணிகள் CO2 மூலம் நானோ-கிராஃபைட் பொருட்களைத் தயாரிப்பதற்கான ஒரு புதிய முறையை வழங்குகின்றன, இது பசுமை இல்ல வாயுக்களின் தீர்வு மற்றும் கிராபீனைத் தயாரிப்பதற்கு மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது.
3. சுருக்கம் மற்றும் கண்ணோட்டம்
புதிய எரிசக்தித் துறையின் விரைவான வளர்ச்சியுடன், இயற்கை கிராஃபைட் தற்போதைய தேவையை பூர்த்தி செய்ய முடியவில்லை, மேலும் செயற்கை கிராஃபைட் இயற்கை கிராஃபைட்டை விட சிறந்த இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, எனவே மலிவான, திறமையான மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த கிராஃபைடைசேஷன் ஒரு நீண்ட கால இலக்காகும்.
மின்வேதியியல் முறைகள், திட மற்றும் வாயு மூலப்பொருட்களில் கத்தோடிக் துருவமுனைப்பு மற்றும் மின்வேதியியல் படிவு முறை மூலம் கிராஃபைட் பொருட்களிலிருந்து அதிக கூடுதல் மதிப்புடன் வெற்றிகரமாக வெளியேற்றப்பட்டது, பாரம்பரிய கிராஃபைட் முறையுடன் ஒப்பிடும்போது, மின்வேதியியல் முறை அதிக செயல்திறன், குறைந்த ஆற்றல் நுகர்வு, பசுமை சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பு, ஒரே நேரத்தில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட பொருட்களால் வரையறுக்கப்பட்ட சிறியவற்றுக்கு, வெவ்வேறு மின்னாற்பகுப்பு நிலைமைகளுக்கு ஏற்ப கிராஃபைட் கட்டமைப்பின் வெவ்வேறு உருவ அமைப்பில் தயாரிக்கப்படலாம்,
இது அனைத்து வகையான உருவமற்ற கார்பன் மற்றும் கிரீன்ஹவுஸ் வாயுக்களையும் மதிப்புமிக்க நானோ-கட்டமைக்கப்பட்ட கிராஃபைட் பொருட்களாக மாற்றுவதற்கான ஒரு பயனுள்ள வழியை வழங்குகிறது மற்றும் ஒரு நல்ல பயன்பாட்டு வாய்ப்பைக் கொண்டுள்ளது.
தற்போது, இந்த தொழில்நுட்பம் ஆரம்ப நிலையில் உள்ளது. மின்வேதியியல் முறை மூலம் கிராஃபிடைசேஷன் குறித்த ஆய்வுகள் குறைவு, இன்னும் பல அறியப்படாத செயல்முறைகள் உள்ளன. எனவே, மூலப்பொருட்களிலிருந்து தொடங்கி பல்வேறு அமார்ஃபஸ் கார்பன்கள் குறித்து விரிவான மற்றும் முறையான ஆய்வை மேற்கொள்வது அவசியம், அதே நேரத்தில் கிராஃபைட் மாற்றத்தின் வெப்ப இயக்கவியல் மற்றும் இயக்கவியலை ஆழமான மட்டத்தில் ஆராய்வது அவசியம்.
இவை கிராஃபைட் துறையின் எதிர்கால வளர்ச்சிக்கு நீண்டகால முக்கியத்துவத்தைக் கொண்டுள்ளன.
இடுகை நேரம்: மே-10-2021