Одной из основных проблем, возникающих при научном и практическом использовании нового материала, всегда оказывается источник этого материала, а, вернее, доступный и недорогой метод его получения. Графен, уже давно привлекший внимание ученых и обнаруживающий все новые электронные свойства, такие, как амбиполярный эффект и квантовый эффект Холла, и являющийся перспективным материалом, например, для создания сенсоров или прозрачных электродов в жидкокристаллических устройствах – не исключение.
Известны различные методы получения этого материала. Их можно разделить на две группы: выращивание графена на подложке и расслоение графита. До сих пор оба эти подхода не могли обеспечить получение макроскопических количеств графена с низким содержанием дефектов структуры.
Работа, недавно представленная учеными из Ирландии (Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices (CRANN), Dublin 2, Ireland), показала возможность получения высококачественного графена со значительным выходом в растворе. Новый принцип получения графена заключается в использовании подходящего органического растворителя при расслоении графита. Авторы предположили, что графен в органических растворителях поведет себя подобно углеродным нанотрубкам, стенки которых имеют большое сродство к N-метилпирролидону.
Графитовая пудра в растворителе (были опробованы различные растворители, в том числе N-метилпирролидон (NMP), N,N-диметилацетамид, γ-бутиролактон, 1,3-диметил-2-имидазолинон (DMEU)) подвергалась ультразвуковой обработке; полученную суспензию центрифугировали для удаления крупных частиц и затем фильтровали на PVDF фильтре. Полученные дисперсные системы были проанализированы с помощью просвечивающего электронного микроскопа (рис.1-a,b).
Из исходных частиц графита размером > 150 мкм образовывались монослои графена, агрегаты слоев графена, а также присутствовали би-слойные и многослойные структуры (рис.2). Массовая доля монослоев графена составила 12% по отношению к частицам в центрифугированной дисперсии и 1% по отношению к исходной массе графита, а размер графеновых частиц - несколько микрон.
Подтверждение и описание структуры полученных частиц проводилось с помощью электронографии (рис.1 – c,d,e). Спектры комбинационного рассеяния (рис.3) показали структурное подобие и отсутствие дефектов, отличающих крупные и небольшие частицы. С помощью рентгеноэлектронной и ИК спектроскопии доказано отсутствие в полученном графене продуктов окисления.
При повторении циклов расслоения графита суммарный выход графена оценивается в 7-12 масс.%.
Работа «High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite» опубликована в Nature Nanotechnology.
