Grafén nanoadalékok anyagvizsgálatának fejlesztése
A jelenlegi gumiipari fejlesztések egyik legfontosabb kérdése az egyes funkciókhoz megfelelő alapanyagok fejlesztése. Az alapanyag jellemzően olyan kaucsukkeverék, amelynek számos összetevője együttesen határozza meg a termék tulajdonságait. A mechanikai tulajdonságokat a kaucsuk mátrix típusán kívül az alkalmazott töltő- és erősítőanyagok is nagy mértékben befolyásolják, így a gumiipari alapanyagok egy részére polimer kompozitokként tekinthetünk.
Nanokompozitoknak nevezzük azokat a kompozitokat, amelyek esetében a folytonos mátrixban nanorészecskék vannak eloszlatva. A nanorészecskék kis méretüknek köszönhetően nagy fajlagos felülettel, valamint a mérethatás miatt kevés hibahellyel rendelkeznek. Ilyen nanorészecske többek között a grafén is, amely lényegében a grafit egyetlen atomi vastagságú rétegét jelenti. A nano töltő/erősítő anyagok sajátossága – így a graféné is –, hogy azok eloszlatása komoly kihívás. A grafén esetében még maga az előállítás is nehézkes, mert a gyakorlatban létrehozható grafén általában egynél több rétegből áll. Fontos cél a rétegek számának csökkentése is, ezáltal jobb minőségű grafén érthető el. A grafén különleges alapanyag, mechanikai tulajdonságait a szénatomok közötti kovalens kötések biztosítják (húzó rugalmassági modulusza 1,0 TPa körüli), delokalizált elektronrendszerének köszönhetően jó elektromos vezetőképességgel bír, elméleti fajlagos felülete 2630 m2g-1 [1]. Minden szempontból ígéretes adalékanyag.
A grafén előállításának két fő módja a grafit exfoliációja, illetve a grafitból első lépésként grafén-oxid (oxigén-tartalmú funkcióscsoportokban gazdag grafén) előállítása, majd ennek redukálásával grafén képzése [2]. Ebből fakadóan a grafén minőségét jelentősen meghatározza, az exfoliáció, illetve redukció teljeskörűsége. Előbbi esetben a termék rétegszámát, míg utóbbi esetben annak oxigén-tartalmát nélkülözhetetlen ismerni a termelési módszer hatékonyságának jellemzéséhez.
Munkám célja a grafén rétegszámának ellenőrzésére alkalmas vizsgálati eljárás megalkotása volt, amely a rétegszám vizsgálata által alkalmas grafit exfoliációjával előállított grafén minőségének ellenőrzésére, illetve különböző eredetű grafén minták összehasonlítására. Erre a alkalmas módszerek a Raman spektroszkópia, az atomierő mikroszkópia (AFM), valamint a fajlagos felület mérése (BET eljárás). A rendelkezésre álló módszerekkel kapható eredményeket összehasonlítottam, és levontam az alkalmazhatóságukra vonatkozó következtetéseket.
Irodalom:
[1] Allen, M., Tung, V.C., Kaner, R.B.: Honeycomb carbon: A review of graphene. Chemical Reviews, 110, 132-145 (2010).
[2] Jiang, B. and Li, C. in Carbon-related Materials (ed.: Kaneko, S., Mele, P., Endo, T., Tsuchiya, T., Tanaka, K., Yoshimura, M., Hui, D.) Springer, Cham, Switzerland, 3-26 (2017).
szerző
-
Sayfo Petra
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Pölöskei Kornél
adjunktus, Polimertechnika Tanszék -
Pirityi Dávid Zoltán
Doktorandusz, Polimertechnika Tanszék
