高度可擴(kuò)展的工藝以獲得穩(wěn)定的2-D納米片分散體

KAIST團(tuán)隊(duì)開發(fā)的技術(shù)允許利用液壓動(dòng)力的特征剪切力大規(guī)模生產(chǎn)二維(2-D)納米材料分散體。

2-D納米片分散體可直接應(yīng)用于基于溶液的工藝，以制造用于電子器件以及能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的裝置。預(yù)計(jì)它將用于這些具有改進(jìn)性能的設(shè)備中。

關(guān)于各種二維納米材料的大量生產(chǎn)已有大量研究，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡嬲亩S時(shí)顯示出優(yōu)異的物理和化學(xué)特性。

僅有強(qiáng)機(jī)械力或化學(xué)反應(yīng)，現(xiàn)有的剝離方法在制造規(guī)模增加時(shí)制造二維材料有其局限性。他們還面臨著高成本和長處理時(shí)間的問題。

此外，通過剝離的2-D納米片具有由于表面能而聚集的趨勢(shì)。通常，需要有機(jī)溶劑或表面活性劑以通過最小化附聚來獲得高產(chǎn)率和濃度的2-D材料。

經(jīng)過幾年的研究，化學(xué)與生物分子工程系的Do Hyun Kim教授及其團(tuán)隊(duì)證實(shí)，反應(yīng)器中的優(yōu)化剪切為納米材料的剝離提供了最高的效率。為了提高反應(yīng)器容量，他們選擇流動(dòng)和分散劑來開發(fā)高速，大規(guī)模生產(chǎn)工藝，通過用水溶液進(jìn)行物理剝離來獲得2-D 納米片。

該團(tuán)隊(duì)提出了一種基于Taylor-Couette流動(dòng)的流動(dòng)反應(yīng)器，即使在大的反應(yīng)器容量下也具有高剪切速率和混合效率的優(yōu)點(diǎn)。

在這項(xiàng)研究中，東國大學(xué) - 首爾的Young-Kyu Han教授進(jìn)行了從頭計(jì)算，以選擇分散劑。根據(jù)他的計(jì)算，離子液體即使在很小的濃度下也能穩(wěn)定和分散二維納米材料。這種計(jì)算可以最大限度地提高去角質(zhì)效率。

Kangwon國立大學(xué)的Bong Gill Choi教授對(duì)由此產(chǎn)生的分散體制成的器件進(jìn)行了評(píng)估。該團(tuán)隊(duì)使用膜過濾工藝制作柔韌且高導(dǎo)電的二維材料薄膜。然后施加薄膜以產(chǎn)生用于超級(jí)電容器裝置的電極，其具有非常高的每體積容量。他們還證實(shí)了其超級(jí)電容器裝置的穩(wěn)定性。

此外，他們將包括石墨烯，二硫化鉬(MoS 2)和氮化硼(BN)在內(nèi)的分散納米材料應(yīng)用于噴墨打印機(jī)墨水，并在A4紙上實(shí)現(xiàn)了微米厚的納米材料圖案。所述石墨烯墨水表明沒有附加熱處理印刷后沒有電特性的損失。

金教授說：“這種用于高速大規(guī)模生產(chǎn)納米材料的新技術(shù)可以很容易地應(yīng)用于各種二維納米材料。它將加速低光電子，生物傳感器和能量存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)換裝置的高效裝置的生產(chǎn)。成本。”

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