கிராஃபைட், செயற்கை கிராஃபைட் மற்றும் இயற்கை கிராஃபைட் எனப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது. உலகில் நிரூபிக்கப்பட்ட இயற்கை கிராஃபைட்டின் இருப்பு சுமார் 2 பில்லியன் டன்கள் ஆகும்.
கார்பன் அடங்கிய பொருட்களை சாதாரண அழுத்தத்தில் சிதைத்து வெப்பச் செயலாக்கம் செய்வதன் மூலம் செயற்கை கிராஃபைட் பெறப்படுகிறது. இந்த உருமாற்றத்திற்கு உந்து சக்தியாக போதுமான உயர் வெப்பநிலையும் ஆற்றலும் தேவைப்படுகின்றன, மேலும் ஒழுங்கற்ற அமைப்பானது ஒரு ஒழுங்கான கிராஃபைட் படிக அமைப்பாக மாற்றப்படும்.
கிராஃபைட்டாக்கல் என்பது பரந்த பொருளில், 2000℃-க்கு மேற்பட்ட உயர் வெப்பநிலையில் கார்பன் அணுக்களை வெப்பச் செயலாக்கம் செய்வதன் மூலம் கார்பன் சார்ந்த பொருட்களை மறுசீரமைப்பதாகும். இருப்பினும், சில கார்பன் பொருட்கள் 3000℃-க்கு மேற்பட்ட உயர் வெப்பநிலையில் கிராஃபைட்டாக்கப்படும்போது, இந்த வகையான கார்பன் பொருட்கள் "கடின கரி" என்று அறியப்பட்டன. எளிதில் கிராஃபைட்டாக்கக்கூடிய கார்பன் பொருட்களுக்கான பாரம்பரிய கிராஃபைட்டாக்கல் முறைகளில் உயர் வெப்பநிலை மற்றும் உயர் அழுத்த முறை, வினையூக்கி கிராஃபைட்டாக்கல், வேதி ஆவிப் படிவு முறை போன்றவை அடங்கும்.
கார்பன் சார்ந்த பொருட்களுக்கு அதிக மதிப்புக்கூட்டல் அளிப்பதற்கான ஒரு சிறந்த வழிமுறை கிராஃபைட்டாக்கல் ஆகும். அறிஞர்களின் விரிவான மற்றும் ஆழமான ஆய்வுகளுக்குப் பிறகு, இது தற்போது அடிப்படையில் முதிர்ச்சி அடைந்துள்ளது. இருப்பினும், சில பாதகமான காரணிகள் தொழில்துறையில் பாரம்பரிய கிராஃபைட்டாக்கல் முறையின் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்துவதால், புதிய கிராஃபைட்டாக்கல் முறைகளை ஆராய்வது ஒரு தவிர்க்க முடியாத போக்காக உள்ளது.
19 ஆம் நூற்றாண்டிலிருந்து உருகிய உப்பு மின்பகுப்பு முறையானது ஒரு நூற்றாண்டுக்கும் மேலான வளர்ச்சியைக் கண்டுள்ளது. அதன் அடிப்படைக் கோட்பாடும் புதிய வழிமுறைகளும் தொடர்ந்து புதுப்பிக்கப்பட்டு வளர்ந்து வருகின்றன. தற்போது இது பாரம்பரிய உலோகவியல் தொழிலுக்கு மட்டும் கட்டுப்படுத்தப்படவில்லை. 21 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில், உருகிய உப்பு அமைப்பில் உள்ள உலோகங்களை திட ஆக்சைடு மின்பகுப்பு ஒடுக்கம் மூலம் தனிம உலோகங்களைத் தயாரிப்பது அதிக கவனம் பெறும் ஒரு முறையாக மாறியுள்ளது.
சமீபத்தில், உருகிய உப்பு மின்பகுப்பு மூலம் கிராஃபைட் பொருட்களைத் தயாரிக்கும் ஒரு புதிய முறை மிகுந்த கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது.
எதிர்மின்முனை முனைவாக்கம் மற்றும் மின்படிவு ஆகியவற்றின் மூலம், கார்பனின் இரண்டு வெவ்வேறு வடிவங்களிலான மூலப்பொருட்கள், அதிக மதிப்புக்கூட்டு கொண்ட நானோ-கிராஃபைட் பொருட்களாக மாற்றப்படுகின்றன. பாரம்பரிய கிராஃபைட்டாக்கல் தொழில்நுட்பத்துடன் ஒப்பிடுகையில், இந்த புதிய கிராஃபைட்டாக்கல் முறையானது குறைந்த கிராஃபைட்டாக்கல் வெப்பநிலை மற்றும் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய உருவமைப்பு போன்ற நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது.
இந்தக் கட்டுரை, மின்வேதியியல் முறை மூலமான கிராஃபைட்டாக்கல் வளர்ச்சியின் முன்னேற்றத்தை மீளாய்வு செய்கிறது, இந்தப் புதிய தொழில்நுட்பத்தை அறிமுகப்படுத்துகிறது, அதன் நன்மைகள் மற்றும் தீமைகளைப் பகுப்பாய்வு செய்கிறது, மேலும் அதன் எதிர்கால வளர்ச்சிப் போக்கையும் முன்னறிவிக்கிறது.
முதலில், உருகிய உப்பு மின்பகுப்பு எதிர்மின்வாய் முனைவாக்க முறை
1.1 மூலப்பொருள்
தற்போது, செயற்கை கிராஃபைட்டின் முக்கிய மூலப்பொருள், அதிக கிராஃபைட்டாக்கல் தன்மை கொண்ட நீடில் கோக் மற்றும் பிட்ச் கோக் ஆகும். அதாவது, எண்ணெய் எச்சம் மற்றும் நிலக்கரித் தாரை மூலப்பொருளாகக் கொண்டு, குறைந்த நுண்துளைத்தன்மை, குறைந்த கந்தகம், குறைந்த சாம்பல் உள்ளடக்கம் மற்றும் கிராஃபைட்டாக்கல் போன்ற நன்மைகளைக் கொண்ட உயர்தர கார்பன் பொருட்கள் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. இது கிராஃபைட்டாகத் தயாரிக்கப்பட்ட பிறகு, நல்ல அதிர்ச்சி எதிர்ப்புத்திறன், அதிக இயந்திர வலிமை, குறைந்த மின்தடைத்திறன் போன்ற பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது.
இருப்பினும், வரையறுக்கப்பட்ட எண்ணெய் இருப்பு மற்றும் ஏற்ற இறக்கமான எண்ணெய் விலைகள் அதன் வளர்ச்சியைத் தடுத்துள்ளதால், புதிய மூலப்பொருட்களைத் தேடுவது தீர்க்கப்பட வேண்டிய ஒரு அவசரப் பிரச்சனையாக மாறியுள்ளது.
பாரம்பரிய கிராஃபைட்டாக்கல் முறைகளுக்கு வரம்புகள் உள்ளன, மேலும் வெவ்வேறு கிராஃபைட்டாக்கல் முறைகள் வெவ்வேறு மூலப்பொருட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. கிராஃபைட்டாக்கல் செய்யப்படாத கார்பனைப் பொறுத்தவரை, பாரம்பரிய முறைகளால் அதை கிராஃபைட்டாக்கல் செய்வது கடினம். ஆனால், உருகிய உப்பு மின்பகுப்பின் மின்வேதியியல் சூத்திரமானது மூலப்பொருட்களின் வரம்பைத் தகர்த்து, ஏறக்குறைய அனைத்து பாரம்பரிய கார்பன் பொருட்களுக்கும் பொருத்தமானதாக உள்ளது.
பாரம்பரிய கார்பன் பொருட்களில் கார்பன் பிளாக், ஆக்டிவேட்டட் கார்பன், நிலக்கரி போன்றவை அடங்கும், அவற்றுள் நிலக்கரியே மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய ஒன்றாகும். நிலக்கரி அடிப்படையிலான மை, நிலக்கரியை முன்னோடியாகக் கொண்டு, முன்-பதப்படுத்தலுக்குப் பிறகு உயர் வெப்பநிலையில் கிராஃபைட் பொருட்களாகத் தயாரிக்கப்படுகிறது.
சமீபத்தில், இந்த ஆய்வுக் கட்டுரை, பெங் போன்றோர் முன்மொழிந்த ஒரு புதிய மின்வேதியியல் முறையின் மூலம், உருகிய உப்பு மின்பகுப்பு வழியாக கார்பன் பிளாக்கை கிராஃபைட்டாக்கி உயர் படிகத்தன்மை கொண்ட கிராஃபைட்டாக மாற்றுவது சாத்தியமில்லை என்றும், மின்பகுப்பு செய்யப்பட்ட கிராஃபைட் மாதிரிகளில் இதழ் வடிவ கிராஃபைட் நானோமீட்டர் சில்லுகள் அதிக குறிப்பிட்ட மேற்பரப்புப் பரப்பைக் கொண்டுள்ளன என்றும், லித்தியம் மின்கலத்தின் எதிர்மின்வாயாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது இயற்கை கிராஃபைட்டை விட மிகச் சிறந்த மின்வேதியியல் செயல்திறனை வெளிப்படுத்துகின்றன என்றும் கூறுகிறது.
ஜூ மற்றும் அவரது குழுவினர், சாம்பல் நீக்கம் செய்யப்பட்ட தரம் குறைந்த நிலக்கரியை 950 ℃ வெப்பநிலையில் மின்பகுப்பு செய்வதற்காக CaCl2 உருகிய உப்பு அமைப்பில் இட்டு, அதனை உயர் படிகத்தன்மை கொண்ட கிராஃபைட்டாக வெற்றிகரமாக மாற்றினர். லித்தியம் அயன் மின்கலத்தின் நேர்மின்வாயாகப் பயன்படுத்தப்பட்டபோது, இது சிறந்த வீதச் செயல்திறனையும் நீண்ட சுழற்சி ஆயுளையும் வெளிப்படுத்தியது.
உருகிய உப்பு மின்பகுப்பு மூலம் பல்வேறு வகையான பாரம்பரிய கார்பன் பொருட்களை கிராஃபைட்டாக மாற்றுவது சாத்தியம் என்பதை இந்தச் சோதனை காட்டுகிறது, இது எதிர்கால செயற்கை கிராஃபைட்டிற்கு ஒரு புதிய வழியைத் திறக்கிறது.
1.2 இன் பொறிமுறை
உருகிய உப்பு மின்பகுப்பு முறையானது, கார்பன் பொருளை எதிர்மின்வாயாகப் பயன்படுத்தி, எதிர்மின்முனை முனைவாக்கத்தின் மூலம் அதனை உயர் படிகத்தன்மை கொண்ட கிராஃபைட்டாக மாற்றுகிறது. தற்போதுள்ள ஆய்வுக் கட்டுரைகள், எதிர்மின்முனை முனைவாக்கத்தின் மின்னழுத்த மாற்றச் செயல்பாட்டில் ஆக்சிஜன் நீக்கம் மற்றும் கார்பன் அணுக்களின் நீண்ட தூர மறுசீரமைப்பு ஆகியவற்றைக் குறிப்பிடுகின்றன.
கார்பன் பொருட்களில் ஆக்ஸிஜன் இருப்பது கிராஃபைட்டாக்கல் செயல்முறையை ஓரளவிற்குத் தடுக்கும். பாரம்பரிய கிராஃபைட்டாக்கல் செயல்முறையில், வெப்பநிலை 1600K-ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்போது ஆக்ஸிஜன் மெதுவாக அகற்றப்படும். இருப்பினும், எதிர்மின்முனை முனைவாக்கம் மூலம் ஆக்ஸிஜனை நீக்குவது மிகவும் வசதியானது.
பெங் மற்றும் அவரது குழுவினர் தங்கள் சோதனைகளில் முதன்முறையாக உருகிய உப்பு மின்பகுப்பின் எதிர்மின்முனை முனைவாக்க மின்னழுத்தப் பொறிமுறையை முன்வைத்தனர். அதாவது, கிராஃபைட்டாக்கல் செயல்முறை பெரும்பாலும் திட கார்பன் நுண்கோளங்கள்/மின்பகுளி இடைமுகத்தில் தொடங்குகிறது; முதலில், ஒரே விட்டமுள்ள ஒரு அடிப்படை கிராஃபைட் ஓட்டைச் சுற்றி கார்பன் நுண்கோளங்கள் உருவாகின்றன, பின்னர் நிலையற்ற நீரற்ற கார்பன் அணுக்கள், முழுமையாக கிராஃபைட்டாக்கப்படும் வரை, அதிக நிலைத்தன்மையுள்ள வெளிப்புற கிராஃபைட் செதிலுக்குப் பரவுகின்றன.
கிராஃபைட்டாக்கல் செயல்முறையின்போது ஆக்ஸிஜன் அகற்றப்படுகிறது, இது சோதனைகள் மூலமாகவும் உறுதி செய்யப்பட்டுள்ளது.
ஜின் மற்றும் அவரது குழுவினரும் சோதனைகள் மூலம் இந்தக் கண்ணோட்டத்தை நிரூபித்தனர். குளுக்கோஸைக் கார்பனாக்கிய பிறகு, கிராஃபைட்டாக்கல் (17% ஆக்சிஜன் உள்ளடக்கம்) மேற்கொள்ளப்பட்டது. கிராஃபைட்டாக்கலுக்குப் பிறகு, அசல் திட கார்பன் கோளங்கள் (படம் 1a மற்றும் 1c), கிராஃபைட் நானோ தாள்களால் ஆன ஒரு நுண்துளை ஓட்டை உருவாக்கின (படம் 1b மற்றும் 1d).
இலக்கியங்களில் ஊகிக்கப்பட்ட மாற்ற வழிமுறையின்படி, கார்பன் இழைகளை (16% ஆக்ஸிஜன்) மின்னாற்பகுப்பு செய்வதன் மூலம், கிராஃபைட்டாக்கல் செயல்முறைக்குப் பின் அம்இரத்தக் குழாய்களாக மாற்றப்படலாம்.
கார்பன் அணுக்களின் எதிர்மின்முனை முனைவாக்கத்தின் கீழ், உயர் படிக கிராஃபைட் உருவமற்ற கார்பனாக மறுசீரமைக்கப்பட வேண்டும் என்றும், செயற்கை கிராஃபைட்டின் தனித்துவமான இதழ் வடிவ நானோ கட்டமைப்புகள் ஆக்சிஜன் அணுக்களால் பயனடைகின்றன என்றும் நம்பப்படுகிறது. ஆனால், எதிர்மின்முனை வினையில் கார்பன் எலும்புக்கூட்டிலிருந்து ஆக்சிஜன் எவ்வாறு உருவாகிறது என்பது போன்ற குறிப்பிட்ட காரணிகள் கிராஃபைட்டின் நானோமீட்டர் கட்டமைப்பை எவ்வாறு பாதிக்கின்றன என்பது தெளிவாக இல்லை.
தற்போது, இந்த செயல்முறை குறித்த ஆராய்ச்சி ஆரம்ப கட்டத்தில் உள்ளது, மேலும் கூடுதல் ஆராய்ச்சி தேவைப்படுகிறது.
1.3 செயற்கை கிராஃபைட்டின் உருவவியல் பண்புக்கூறுகள்
கிராஃபைட்டின் நுண்ணிய மேற்பரப்பு உருவவியலைக் காண SEM பயன்படுத்தப்படுகிறது, 0.2 μm-க்கும் குறைவான கட்டமைப்பு உருவவியலைக் காண TEM பயன்படுத்தப்படுகிறது, கிராஃபைட்டின் நுண்கட்டமைப்பின் பண்புகளை அறிய XRD மற்றும் ராமன் நிறமாலையியல் ஆகியவை மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் வழிமுறைகளாகும், கிராஃபைட்டின் படிகத் தகவல்களின் பண்புகளை அறிய XRD பயன்படுத்தப்படுகிறது, மற்றும் கிராஃபைட்டின் குறைபாடுகள் மற்றும் ஒழுங்கு நிலையின் பண்புகளை அறிய ராமன் நிறமாலையியல் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
உருகிய உப்பு மின்பகுப்பின் எதிர்மின்முனை முனைவாக்கத்தால் தயாரிக்கப்பட்ட கிராஃபைட்டில் ஏராளமான துளைகள் உள்ளன. கார்பன் பிளாக் மின்பகுப்பு போன்ற வெவ்வேறு மூலப்பொருட்களிலிருந்து, இதழ் போன்ற நுண்துளைகளுடைய நானோ கட்டமைப்புகள் பெறப்படுகின்றன. மின்பகுப்பிற்குப் பிறகு கார்பன் பிளாக்கில் எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புப் பரவல் (XRD) மற்றும் ராமன் நிறமாலை பகுப்பாய்வு மேற்கொள்ளப்படுகிறது.
827 ℃ வெப்பநிலையில், 1 மணி நேரத்திற்கு 2.6V மின்னழுத்தத்தில் பதப்படுத்தப்பட்ட பிறகு, கார்பன் பிளாக்கின் ராமன் நிறமாலைப் படம் வணிக கிராஃபைட்டின் படத்தைப் போலவே உள்ளது. கார்பன் பிளாக் வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் பதப்படுத்தப்பட்ட பிறகு, கூர்மையான கிராஃபைட் சிறப்பியல்பு உச்சி (002) அளவிடப்படுகிறது. விளிம்புச்சிதறல் உச்சி (002), கிராஃபைட்டில் உள்ள அரோமேட்டிக் கார்பன் அடுக்கின் திசையமைவு அளவைக் குறிக்கிறது.
கார்பன் அடுக்கு எவ்வளவு கூர்மையாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு சீராக அது அமைந்திருக்கும்.
ஜூ தனது சோதனையில் சுத்திகரிக்கப்பட்ட தரம் குறைந்த நிலக்கரியை எதிர்மின்வாயாகப் பயன்படுத்தினார், மேலும் கிராஃபைட்டாக்கப்பட்ட பொருளின் நுண்ணமைப்பு, துகள் அமைப்பிலிருந்து பெரிய கிராஃபைட் அமைப்பாக மாறியதுடன், உயர் வேகப் பரிமாற்ற எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியின் கீழ் இறுக்கமான கிராஃபைட் படலமும் காணப்பட்டது.
ராமன் நிறமாலைகளில், சோதனை நிலைமைகளின் மாற்றத்துடன், ID/Ig மதிப்பும் மாறியது. மின்பகுப்பு வெப்பநிலை 950 ℃ ஆகவும், மின்பகுப்பு நேரம் 6 மணிநேரமாகவும், மின்பகுப்பு மின்னழுத்தம் 2.6V ஆகவும் இருந்தபோது, மிகக்குறைந்த ID/Ig மதிப்பு 0.3 ஆக இருந்தது, மேலும் D சிகரம் G சிகரத்தை விட மிகவும் குறைவாக இருந்தது. அதே நேரத்தில், 2D சிகரத்தின் தோற்றம், மிகவும் ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட கிராஃபைட் கட்டமைப்பின் உருவாக்கத்தையும் குறித்தது.
XRD படத்தில் உள்ள கூர்மையான (002) விளிம்பு விலகல் உச்சமானது, தரம் குறைந்த நிலக்கரி உயர் படிகத்தன்மை கொண்ட கிராஃபைட்டாக வெற்றிகரமாக மாற்றப்பட்டதையும் உறுதிப்படுத்துகிறது.
கிராஃபைட்டாக்கும் செயல்முறையில், வெப்பநிலை மற்றும் மின்னழுத்தத்தின் அதிகரிப்பு ஒரு ஊக்குவிக்கும் பங்கை வகிக்கும், ஆனால் அதிகப்படியான மின்னழுத்தம் கிராஃபைட்டின் விளைச்சலைக் குறைக்கும், மேலும் அதிகப்படியான வெப்பநிலை அல்லது மிக நீண்ட கிராஃபைட்டாக்கும் நேரம் வளங்களை வீணாக்குவதற்கு வழிவகுக்கும். எனவே, வெவ்வேறு கார்பன் பொருட்களுக்கு, மிகவும் பொருத்தமான மின்பகுப்பு நிலைமைகளைக் கண்டறிவது குறிப்பாக முக்கியமானது, மேலும் இதுவே கவனத்தின் மையமாகவும் சவாலாகவும் உள்ளது.
இந்த இதழ் போன்ற செதில் நானோ கட்டமைப்பு சிறந்த மின்வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. அதிக எண்ணிக்கையிலான துளைகள் அயனிகளை விரைவாகச் செருகவும் வெளியேற்றவும் அனுமதித்து, மின்கலன்கள் போன்றவற்றுக்கு உயர்தரமான எதிர்மின்வாய் பொருட்களை வழங்குகின்றன. எனவே, மின்வேதியியல் முறையிலான கிராஃபைட்டாக்கல் ஒரு மிகவும் சாத்தியமான கிராஃபைட்டாக்கல் முறையாகும்.
உருகிய உப்பு மின்முலாம் பூசுதல் முறை
2.1 கார்பன் டை ஆக்சைடின் மின்படிவு
மிக முக்கியமான பசுமை இல்ல வாயுவான CO2, நச்சுத்தன்மையற்ற, பாதிப்பில்லாத, மலிவான மற்றும் எளிதில் கிடைக்கக்கூடிய ஒரு புதுப்பிக்கத்தக்க வளமாகும். இருப்பினும், CO2-வில் உள்ள கார்பன் மிக உயர்ந்த ஆக்சிஜனேற்ற நிலையில் இருப்பதால், அது அதிக வெப்ப இயக்கவியல் நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது, இது அதனை மீண்டும் பயன்படுத்துவதைக் கடினமாக்குகிறது.
CO2 மின்முலாம் பூசுதல் குறித்த ஆரம்பகால ஆராய்ச்சியை 1960-களில் இருந்து கண்டறியலாம். இங்க்ராம் மற்றும் அவரது குழுவினர், Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 என்ற உருகிய உப்பு அமைப்பில் தங்க மின்முனையின் மீது கார்பனை வெற்றிகரமாகத் தயாரித்தனர்.
வெவ்வேறு ஒடுக்க மின்னழுத்தங்களில் பெறப்பட்ட கார்பன் தூள்கள், கிராஃபைட், உருவமற்ற கார்பன் மற்றும் கார்பன் நானோ இழைகள் உள்ளிட்ட வெவ்வேறு கட்டமைப்புகளைக் கொண்டிருந்தன என்று வான் மற்றும் அவரது குழுவினர் சுட்டிக்காட்டினர்.
உருகிய உப்பைப் பயன்படுத்தி CO2-ஐப் பிடிப்பதிலும், கார்பன் பொருளைத் தயாரிக்கும் முறையிலும் கிடைத்த வெற்றியின் விளைவாக, கார்பன் படிதல் உருவாக்கும் பொறிமுறை மற்றும் இறுதிப் பொருளின் மீது மின்பகுப்பு நிலைமைகளின் தாக்கம் (மின்பகுப்பு வெப்பநிலை, மின்பகுப்பு மின்னழுத்தம், உருகிய உப்பு மற்றும் மின்முனைகளின் கலவை போன்றவை உட்பட) ஆகியவற்றில் அறிஞர்கள் நீண்ட காலமாக கவனம் செலுத்தியதைத் தொடர்ந்து, CO2-இன் மின்படிவுக்கான உயர் செயல்திறன் கொண்ட கிராஃபைட் பொருட்களைத் தயாரிப்பதற்கு ஒரு உறுதியான அடித்தளம் அமைக்கப்பட்டுள்ளது.
மின்பகுளியை மாற்றுவதன் மூலமும், அதிக CO2 பிடிப்புத் திறன் கொண்ட CaCl2-அடிப்படையிலான உருகிய உப்பு அமைப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும், ஹூ மற்றும் அவரது குழுவினர், மின்பகுப்பு வெப்பநிலை, மின்முனைக் கலவை மற்றும் உருகிய உப்புக் கலவை போன்ற மின்பகுப்பு நிலைமைகளை ஆய்வு செய்து, அதிக கிராஃபைட்டாக்கல் பட்டம் கொண்ட கிராஃபீன், கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் பிற நானோகிராஃபைட் கட்டமைப்புகளை வெற்றிகரமாகத் தயாரித்தனர்.
கார்பனேட் அமைப்புடன் ஒப்பிடுகையில், CaCl2 மலிவானது மற்றும் எளிதில் கிடைக்கக்கூடியது, அதிக கடத்துத்திறன், நீரில் எளிதில் கரையும் தன்மை மற்றும் ஆக்சிஜன் அயனிகளின் அதிக கரைதிறன் போன்ற நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. இவை, CO2-ஐ அதிக கூடுதல் மதிப்புள்ள கிராஃபைட் பொருட்களாக மாற்றுவதற்கான கோட்பாட்டு நிலைமைகளை வழங்குகின்றன.
2.2 உருமாற்ற வழிமுறை
உருகிய உப்பிலிருந்து CO2 ஐ மின்முலாம் பூசுவதன் மூலம் அதிக மதிப்பு கூட்டப்பட்ட கார்பன் பொருட்களைத் தயாரிப்பதில் முக்கியமாக CO2 பிடிப்பு மற்றும் மறைமுக ஒடுக்கம் ஆகியவை அடங்கும். சமன்பாடு (1) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, உருகிய உப்பில் உள்ள இலவச O2- ஆல் CO2 பிடிப்பு நிறைவு செய்யப்படுகிறது:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
தற்போது, மூன்று மறைமுக ஒடுக்க வினை வழிமுறைகள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன: ஒரு-படி வினை, இரு-படி வினை மற்றும் உலோக ஒடுக்க வினை வழிமுறை.
ஒரு-படி வினை வழிமுறை முதன்முதலில் இங்க்ராம் என்பவரால் முன்மொழியப்பட்டது, இது சமன்பாடு (2) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
சமன்பாடு (3-4) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இரண்டு-படி வினை வழிமுறையை போருக்கா மற்றும் அவரது குழுவினர் முன்மொழிந்தனர்:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
உலோக ஒடுக்க வினையின் பொறிமுறையை டீன்ஹார்ட் மற்றும் அவரது குழுவினர் முன்மொழிந்தனர். சமன்பாடு (5~6) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, உலோக அயனிகள் முதலில் எதிர்மின்வாயில் உலோகமாக ஒடுக்கப்பட்டு, பின்னர் அந்த உலோகம் கார்பனேட் அயனிகளாக ஒடுக்கப்படுகின்றன என்று அவர்கள் நம்பினர்:
M- + E – →M (5)
4 மீ + M2CO3 – > C + 3 மீ2ஓ (6)
தற்போதுள்ள ஆய்வுகளில், ஒரு-படி வினை வழிமுறையே பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டுள்ளது.
யின் மற்றும் அவரது குழுவினர், நிக்கலை எதிர்மின்வாயாகவும், தகர டை ஆக்சைடை நேர்மின்வாயாகவும், வெள்ளிக் கம்பியை ஒப்பீட்டு மின்முனையாகவும் கொண்ட Li-Na-K கார்பனேட் அமைப்பை ஆய்வு செய்தனர். மேலும், நிக்கல் எதிர்மின்வாயில் படம் 2-இல் உள்ள சுழற்சி வோல்டா அளவியல் சோதனைப் படத்தை (ஸ்கேனிங் வீதம் 100 mV/s) பெற்று, எதிர்மறை ஸ்கேனிங்கில் ஒரே ஒரு ஒடுக்க உச்சம் (-2.0V-இல்) மட்டுமே இருந்ததைக் கண்டறிந்தனர்.
எனவே, கார்பனேட்டின் ஒடுக்கத்தின் போது ஒரே ஒரு வினை மட்டுமே நிகழ்ந்தது என்று முடிவு செய்யலாம்.
காவ் மற்றும் அவரது குழுவினர் அதே கார்பனேட் அமைப்பில் அதே சுழற்சி வோல்டா அளவியலைப் பெற்றனர்.
Ge மற்றும் அவரது குழுவினர், LiCl-Li2CO3 அமைப்பில் CO2-ஐப் பிடிப்பதற்காக மந்தமான ஆனோடு மற்றும் டங்ஸ்டன் கேத்தோடைப் பயன்படுத்தி, ஒத்த படங்களைப் பெற்றனர்; மேலும், எதிர்மறை ஸ்கேனிங்கில் கார்பன் படிவின் ஒடுக்க உச்சம் மட்டுமே தோன்றியது.
கார உலோக உருகிய உப்பு அமைப்பில், கார உலோகங்களும் CO-வும் உருவாகும் அதே வேளையில், எதிர்மின்வாயால் கார்பன் படியவைக்கப்படும். இருப்பினும், குறைந்த வெப்பநிலையில் கார்பன் படிதல் வினையின் வெப்ப இயக்கவியல் நிலைமைகள் குறைவாக இருப்பதால், சோதனையில் கார்பனேட் கார்பனாக ஒடுக்கப்படுவதை மட்டுமே கண்டறிய முடியும்.
2.3 கிராஃபைட் பொருட்களைத் தயாரிக்க உருகிய உப்பைப் பயன்படுத்தி CO2 ஐப் பிடித்தல்
சோதனை நிலைமைகளைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், உருகிய உப்பிலிருந்து CO2-ஐ மின்முலாம் பூசுவதன் வழியாக, கிராஃபீன் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் போன்ற அதிக மதிப்புக்கூட்டப்பட்ட கிராஃபைட் நானோபொருட்களைத் தயாரிக்க முடியும். ஹூ மற்றும் அவரது குழுவினர், CaCl2-NaCl-CaO உருகிய உப்பு அமைப்பில் துருப்பிடிக்காத எஃகை எதிர்மின்வாயாகப் பயன்படுத்தி, 2.6 V நிலையான மின்னழுத்த நிலையில் வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் 4 மணி நேரம் மின்பகுப்பு செய்தனர்.
இரும்பின் வினையூக்கம் மற்றும் கிராஃபைட் அடுக்குகளுக்கு இடையில் CO-வின் வெடிப்பு விளைவு ஆகியவற்றின் காரணமாக, எதிர்மின்வாயின் மேற்பரப்பில் கிராஃபீன் காணப்பட்டது. கிராஃபீனைத் தயாரிக்கும் செயல்முறை படம் 3-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.
படம்
பிற்கால ஆய்வுகளில், CaCl2-NaClCaO உருகிய உப்பு அமைப்பின் அடிப்படையில் Li2SO4 சேர்க்கப்பட்டது. மின்பகுப்பு வெப்பநிலை 625 ℃ ஆக இருந்தது. 4 மணி நேர மின்பகுப்பிற்குப் பிறகு, கார்பனின் எதிர்மின்வாய் படிவின்போது கிராஃபீன் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் கண்டறியப்பட்டன. மேலும், Li+ மற்றும் SO42- ஆகியவை கிராஃபைட்டாக்கல் மீது ஒரு சாதகமான விளைவைக் கொண்டுவருகின்றன என்றும் அந்த ஆய்வு கண்டறிந்தது.
கந்தகமும் கார்பன் அமைப்பில் வெற்றிகரமாக ஒருங்கிணைக்கப்படுகிறது, மேலும் மின்பகுப்பு நிலைமைகளைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் மிக மெல்லிய கிராஃபைட் தாள்கள் மற்றும் இழை வடிவ கார்பனைப் பெற முடிகிறது.
கிராஃபீன் உருவாவதற்கு, மின்பகுப்பு வெப்பநிலையின் உயர் மற்றும் குறைந்த அளவுகள் மிகவும் முக்கியமானவை. 800℃-க்கு அதிகமான வெப்பநிலையில், கார்பனுக்குப் பதிலாக கார்பன் மோனாக்சைடு (CO) எளிதாக உருவாகிறது; 950℃-க்கு அதிகமான வெப்பநிலையில் கார்பன் படிதல் கிட்டத்தட்ட நிகழ்வதில்லை. எனவே, கிராஃபீன் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்களை உற்பத்தி செய்வதற்கு வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு மிகவும் அவசியமாகும். மேலும், எதிர்மின்வாயில் நிலையான கிராஃபீன் உருவாவதை உறுதிசெய்ய, தேவையான கார்பன் படிதல் வினைக்கும் கார்பன் மோனாக்சைடு வினைக்கும் இடையிலான ஒருங்கிணைந்த செயல்பாட்டை மீட்டெடுப்பதும் அவசியமாகும்.
இந்த ஆய்வுகள், CO2-ஐப் பயன்படுத்தி நானோ-கிராஃபைட் தயாரிப்புகளை உருவாக்குவதற்கான ஒரு புதிய முறையை வழங்குகின்றன; இது பசுமை இல்ல வாயுக்களைக் கரைப்பதற்கும் கிராஃபீனைத் தயாரிப்பதற்கும் பெரும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது.
3. சுருக்கம் மற்றும் கண்ணோட்டம்
புதிய எரிசக்தித் துறையின் விரைவான வளர்ச்சியால், இயற்கை கிராஃபைட்டால் தற்போதைய தேவையைப் பூர்த்தி செய்ய இயலவில்லை. மேலும், செயற்கை கிராஃபைட், இயற்கை கிராஃபைட்டை விட சிறந்த இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்டிருப்பதால், மலிவான, திறமையான மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த கிராஃபைட்டாக்கம் ஒரு நீண்டகால இலக்காக உள்ளது.
கேத்தோடிக் துருவமுனைப்பு மற்றும் மின்வேதியியல் படிவு முறையைப் பயன்படுத்தி, திட மற்றும் வாயு மூலப்பொருட்களிலிருந்து மின்வேதியியல் முறையில் கிராஃபைட்டாக்கல் செய்வதன் மூலம் அதிக மதிப்புக்கூட்டு கொண்ட கிராஃபைட் பொருட்கள் வெற்றிகரமாகப் பிரித்தெடுக்கப்பட்டன. பாரம்பரிய கிராஃபைட்டாக்கல் முறையுடன் ஒப்பிடுகையில், இந்த மின்வேதியியல் முறையானது அதிக செயல்திறன், குறைந்த ஆற்றல் நுகர்வு மற்றும் பசுமையான சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பு ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. அதே நேரத்தில், குறிப்பிட்ட சில பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுப்பதில் உள்ள வரம்புகளுக்கு ஏற்ப, வெவ்வேறு மின்பகுப்பு நிலைகளுக்கு ஏற்ப, கிராஃபைட் கட்டமைப்பின் வெவ்வேறு உருவமைப்புகளில் பொருட்களைத் தயாரிக்க முடியும்.
இது அனைத்து வகையான உருவமற்ற கார்பன் மற்றும் பசுமை இல்ல வாயுக்களை மதிப்புமிக்க நானோ-கட்டமைப்பு கிராஃபைட் பொருட்களாக மாற்றுவதற்கான ஒரு திறமையான வழியை வழங்குவதோடு, ஒரு நல்ல பயன்பாட்டு வாய்ப்பையும் கொண்டுள்ளது.
தற்போது, இந்தத் தொழில்நுட்பம் அதன் ஆரம்ப நிலையில் உள்ளது. மின்வேதியியல் முறையின் மூலம் கிராஃபைட்டாக்குதல் குறித்த ஆய்வுகள் குறைவாகவே உள்ளன, மேலும் இன்னும் அறிய முடியாத பல செயல்முறைகளும் இருக்கின்றன. எனவே, மூலப்பொருட்களிலிருந்து தொடங்கி, பல்வேறு உருவமற்ற கார்பன்கள் மீது ஒரு விரிவான மற்றும் முறையான ஆய்வை மேற்கொள்வதும், அதே நேரத்தில் கிராஃபைட் மாற்றத்தின் வெப்ப இயக்கவியல் மற்றும் இயக்கவியலை ஆழமான மட்டத்தில் ஆராய்வதும் அவசியமாகிறது.
இவை கிராஃபைட் தொழிற்துறையின் எதிர்கால வளர்ச்சிக்கு தொலைநோக்கு முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை.
பதிவிட்ட நேரம்: மே-10-2021