Nguyen Xuan Toan , Nguyen Thi Minh Hien , Mai Thi Phuong , Nguyen Thi Van Anh , Bui Huy , Nguyen Thanh Ha , Nguyen Viet Dung , Vasili Rubanik , Vasili Rubanik Jr , Doan Dinh Phuong , Phan Ngoc Minh and Bui Hung Thang *

* Corresponding author (thangbh@ims.vast.ac.vn)

Abstract

In this paper, a method for exfoliating graphite into graphene using a continuous high-power ultrasonic device with a frequency of 40 kHz and a power density of up to 2.2 kW/l was presented. Graphene from graphite in distilled water and Tween-80 after 1 - 5 hours of ultrasonic treatment was fabricated successfully. FESEM and TEM surface morphology surveys showed that the obtained graphene had uniformity and a thickness of approximately 9 nm. Raman spectroscopy results indicated the presence of characteristic peaks of graphene. ZetaSizer analysis revealed that the graphene had a size distribution ranging from 80 nm to 3 μm, with a peak around 450 nm. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis showed that after 5 hours of sonication, the intensity of the (002) peak of the graphene decreased and the width of the (002) peak broadened. These results confirm the effectiveness of the continuous ultrasonic device in fabricating graphene from graphite.

Keywords: Exfoliating, graphene, graphite, high power, ultrasonic

Tóm tắt

Phương pháp bóc tách graphite thành graphene bằng thiết bị siêu âm mật độ công suất lớn liên hoàn với tần số 40 kHz và mật độ công suất lên đến 2,2 kW/l được trình bày trong bài viết. Graphene được chế tạo thành công từ graphite trong chất lỏng là nước cất và Tween-80 với thời gian khảo sát từ 1 giờ đến 5 giờ siêu âm. Kết quả khảo sát hình thái học bề mặt FESEM và TEM cho thấy graphene thu được có sự đồng đều và độ dày khoảng 9 nm. Kết quả khảo sát phổ Raman có thấy sự xuất hiện của các đỉnh đặc trưng của graphene chế tạo được. Phân tích ZetaSizer cho thấy graphene có phổ phân bố kích thước từ 80 nm đến 3 μm với cực đại khoảng 450 nm. Kết quả phân tích EDX cho thấy, sau thời gian rung siêu âm 5 giờ, vật liệu graphene có cường độ đỉnh (002) giảm và độ rộng của đỉnh (002) mở rộng.  Những kết quả này đã khẳng định hiệu quả của thiết bị siêu âm liên hoàn trong chế tạo vật liệu graphene từ nguyên liệu graphite.

Từ khóa: Bóc tách, công suất lớn, graphene, graphite, siêu âm

Article Details

References

Anastasia, V., Iakovos, T., Justin, M., Jiawei, M., Kyriakos, P., Barbara, M., Nicole, G., & Dmitry, G., (2020). Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, 168, 737-747. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.06.029

Ensminger, D., & Bond, L., (2024). Ultrasonics: fundamentals, technologies, and applications. CRC press. https://doi.org/10.1201/b11173

Geim, A., & Novoselov, K. (2007). The rise of graphene. Nature Materials, 6, 183-191. https://doi.org/10.1038/nmat1849

Madaraboina, V., Animesh, S., Sunil, C., & Ashish R. (2021). Ultrasonication - A green technology extraction technique for spices: A review. Trends in Food Science & Technology, 116, 975-991. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.09.006

Malard, L., Pimenta, M., Dresselhaus, G., & Dresselhaus, M., (2009). Raman spectroscopy in graphene. Physics Reports, 473(5–6), 51-87. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2009.02.003

Novoselov, K., Geim, A., Morozov, S., Jiang, D., Katsnelson, M., Grigorieva, I., & Firsov, A. (2005). Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature, 438(7065), 197-200. https://doi.org/10.1038/nature04233

Razaq, A., Bibi, F., Zheng, X., Papadakis, R., Jafri, S., & Li, H. (2022). Review on Graphene-, Graphene Oxide-, Reduced Graphene Oxide-Based Flexible Composites: From Fabrication to Applications. Materials, 15(3),1012. https://doi.org/10.3390/ma15031012

Rickard, A., Duncan, K., Björn, A., Sandén. & Sverker, M. (2014). Prospective Life Cycle Assessment of Graphene Production by Ultrasonication and Chemical Reduction. Environmental Science & Technology, 48(8), 4529-4536. https://doi.org/10.1021/es405338k

Wolf, E., (2014) Applications of Graphene: An Overview. Springer Nature. https://doi.org/10.1007/978-3-319-03946-6

Xiaoguang, G., Yue, Z., Kai, S., Carolina, L., Zhijuan, J., Chi, C., Zhenjun, W., Annika, W., & Shaodan, H., (2019). Method of ultrasound-assisted liquid-phase exfoliation to prepare graphene. Ultrasonics Sonochemistry, 58, 104630. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104630

Zhenhua, N., Yingying, W., Ting, Y., & Zexiang, S., (2008). Raman spectroscopy and imaging of graphene. Nano Research, 1, 273–291. https://doi.org/10.1007/s12274-008-8036-1