Anwendungen und Verarbeitung von Graphen-Oxid und reduziertem Graphen-Oxid

Beschreibung

Graphen-Oxid ist eine oxidierte Form von Graphen mit Sauerstoffgruppen. Reduziertes Graphenoxid wird hergestellt, nachdem durch einen Reduktionsprozess viele Sauerstoffgruppen entfernt wurden. Beide Materialien verfügen über einzigartige Eigenschaften. Sie besitzen eine geschichtete Struktur mit einer großen Oberfläche. Graphene Oxide lassen sich leicht in Wasser dispergieren. Reduziertes Graphenoxid gewinnt einen Teil der elektrischen Leitfähigkeit von reinem Graphen zurück. Beide Materialien sind in vielen Bereichen nützlich.

Synthese- und Reduktionsverfahren

Graphenoxid wird normalerweise aus Graphit hergestellt. Eine gängige Methode verwendet starke Oxidationsmittel in einer sauren Lösung, gefolgt von Exfoliation. Ein typisches Rezept beginnt mit Graphitpulver und behandelt es mit einer Mischung aus Säuren und Oxidationsmitteln. Diese Chemikalien fügen Sauerstoffgruppen zwischen den Schichten ein.

Sobald Graphenoxid hergestellt ist, kann es in reduziertes Graphenoxid umgewandelt werden. Die Reduktion kann durch thermische Behandlung oder durch chemische Reduktion erfolgen. Chemische Mittel wie Hydrazin oder Vitamin C entfernen einige Sauerstoffgruppen. Die thermische Behandlung kann durch Erhitzen des Materials in einer Inertgasumgebung erfolgen. Das Verfahren ist einfach und zuverlässig. Das Ergebnis ist ein Material mit verbesserter elektrischer Leitfähigkeit.

Elektronische Anwendungen

Graphene Oxide und reduzierte Graphene Oxide finden in elektronischen Geräten große Verwendung. Reduziertes Graphenoxid wird in der gedruckten Elektronik verwendet. Es hilft bei der Herstellung flexibler und preiswerter Schaltungen. Viele Sensoren verwenden reduziertes Graphenoxid, weil es Elektronen gut leitet. In einigen Fällen wird das Material als transparenter Leiter verwendet. Ich erinnere mich an Fälle, in denen aus reduziertem Graphenoxid hergestellte Folien herkömmliche Materialien in Touchscreens ersetzt haben. Graphenoxid hingegen eignet sich aufgrund seines Sauerstoffgehalts für isolierende Schichten. Es wird häufig in Geräten eingesetzt, die ein Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit und Isolierung erfordern. Tongeräte, Displays und verschiedene Sensoren profitieren von diesen Anwendungen. Das Material wird auch in einfachen Transistoren und anderen Halbleiterbauelementen getestet.

Anwendungen zur Energiespeicherung

DieEnergiespeicherung ist ein weiterer Bereich, der von diesen Materialien profitiert. In der Batterietechnologie werden heute Schichten aus reduziertem Graphenoxid verwendet, um leitfähige Netzwerke zu bilden. Diese Netze ermöglichen eine hohe Leistung und schnelle Ladezyklen. Auch Superkondensatoren wurden mit Materialien auf Graphenoxidbasis entwickelt. Die große Oberfläche verbessert die Bildung von elektrischen Doppelschichten. In einfachen Schaltkreisen wurden in Labors Elektroden aus Graphenoxid-Verbundstoffen getestet. In einem Fall erhöhten die Forscher die Energiedichte, indem sie reduzierte Schichten mit Metalloxiden mischten. Die Ergebnisse sind vielversprechend für künftige Geräte. Ich habe viele Prototypen gesehen, die von der Kosteneffizienz dieser Materialien profitieren. Sie bieten Stabilität, hohe Leitfähigkeit und verbesserte Leistung.

Biomedizinische Anwendungen

Biomedizinische Bereiche nutzen Graphenoxid und reduziertes Graphenoxid auf schonende Weise. Die Materialien sind vielversprechend für Arzneimittelabgabesysteme, Biosensoren und bildgebende Verfahren. Graphenoxid lässt sich hervorragend in flüssigen Medien dispergieren, was bei der Herstellung einheitlicher Lösungen für die Injektion nützlich ist. Reduziertes Graphenoxid wurde zu dünnen Filmen verarbeitet, die mit Zellen interagieren können. Forscher haben seine Verwendung im Tissue Engineering untersucht. Seine große Oberfläche hilft bei der Aufnahme biologischer Moleküle. Einige Labors haben seine Kompatibilität mit verschiedenen Zelltypen getestet. Ich habe schon oft erwähnt, wie wichtig eine sorgfältige Reinigung ist, um die Toxizität zu verringern. Die einfache Verarbeitung und die große Oberfläche machen diese Materialien attraktiv für diagnostische Tests und einige Krebsbehandlungen. Ihre Biokompatibilität wird durch weitere Verarbeitung und chemische Behandlungen ständig verbessert.

Zusammenfassende Tabelle: GO und rGO Anwendungsfälle

Weitere industrielle Anwendungen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Schlussfolgerung

Graphenoxid und reduziertes Graphenoxid sind führende Materialien in vielen modernen Anwendungen. Ihre einzigartige Struktur bietet Vorteile, mit denen einfache Materialien nicht mithalten können. Starke oxidative Prozesse ergeben Graphenoxid, während die Reduktion viele Eigenschaften von reinem Graphen wiederherstellt. Elektronik, Energiespeicherung und biomedizinische Bereiche profitieren von diesen Materialien.

Häufig gestellte Fragen

F: Wie wird Graphene Oxide hergestellt?
F: Graphenoxid wird durch Oxidation von Graphit mit Säuren und Oxidationsmitteln und anschließendes Abblättern in Schichten hergestellt.

F: Wodurch wird reduziertes Graphenoxid in der Elektronik verbessert?
F: Durch die Reduktion wird die elektrische Leitfähigkeit verbessert, wodurch es sich für gedruckte Elektronik und Sensoren eignet.

F: Ist Graphenoxid für die biomedizinische Anwendung sicher?
F: Gereinigtes Graphenoxid zeigt nach sorgfältiger Verarbeitung und Behandlung eine vielversprechende Biokompatibilität.