Синтез графену дуговим розрядом та його характеристика: порівняльний підхід
Анотація
Синтезовано кілька шарів графену з використанням двох дугових розрядних камер різного об’єму, щоб з’ясувати вплив розміру камери на якість і вихід графену. В обох камерах дугового розряду (А і В) графітові стрижні запалювали при струмі дуги 200 А і тиску 500 торр, щоб отримати випаровані атоми вуглецю, які осідали на стінці камери. Синтезований графен був охарактеризований за допомогою комбінованого ефекту УФ-спектроскопії, дифракції рентгенівських променів, спектроскопії раманівського розсіювання, скануючої електронної спектроскопії та електронної спектроскопії на просвічування. Було помічено, що збільшення розміру камери призвело до збільшення кількості графенових шарів (4-6 шарів) і збільшення кристалічного розміру D (9,6-17,4 нм), як показали результати XRD. Раманівський аналіз показує нижче значення ID/IG 0,62, що вказує на наявність меншого дефекту в камері A порівняно зі значенням ID/IG 0,93, що спостерігається в камері B. Вихід графену 0,96 г було отримано з камери A, тоді як 0,67 г той самий продукт було отримано з камери B. Виготовлені системи дугового розряду припускають, що більший розмір камери може сприяти кращому виходу графену в промислових масштабах. Отже, дослідження актуальне для розробки більшої кількості якісного FLG для застосування в промислових пристроях.
Завантаження
Посилання
V.B. Mbayachi, E. Ndayiragije, T. Sammani, S. Taj, E. R. Mbuta, and A. U. khan, “Graphene synthesis, characterization and its applications: A review”, Results Chem. 3, 100163 (2021). https://doi.org/10.1016/j.rechem.2021.100163
T. M. Magne, T. O. Vieira, L. M. R. Alencar, F. M. Junior, S.G. Piperni, S. V. Carneiro, L. M. U. D. Fechine, R. M. Freire, K. Golokhvast, P. Metrangolo, P. B. A. Fechine, and R. S. Oliveira, “Graphene and its derivatives: understanding the main chemical and medicinal chemistry roles for biomedical applications”, J. Nanostructure Chem. 12, 693 (2022). https://doi.org/10.1007/s40097-021-00444-3
J. Jayaseelan, A. Pazhani, A. X. Michael, J. Paulchamy, A. Batako, and P. K. H. Guruswamy, “Characterization Studies on graphene-aluminium nano composites for aerospace launch vehicle external fuel tank structural application”, Materials, 15, 5907 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15175907
H. Tan, D. Wang, and Y. Guo, “A strategy to synthesize multilayer graphene in arc-discharge plasma in a semi-opened environment”, Materials, 12, 2279 (2019). https://doi.org/10.3390/ma12142279
F. Zhang, K. Yang, G. Liu, Y. Chen, M. Wang, S. Li, and R. Li, “Recent advances on graphene: Synthesis, properties and applications”, Compos. Part A Appl. Sci. 160, 107051 (2022). https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.107051
M. Sierra, R. Thomann, I. Krossing, R. Hanselmann, R. Mülhaupt, and Y. Thomann, “Laser ablation on isostatic graphite: A new way to create exfoliated graphite”, Materials, 16, 5474 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15165474
D. Vernardou, “Advances in chemical vapor deposition”, Materials, 13, 4167 (2020). https://doi.org/10.3390/ma13184167
M. Chen, Y. Hugo, and Y. Kehan, “Plasma-enhanced chemical vapor deposition of graphene optimized by pressure”. Mater. Res. Express, 6, (10) 105605 (2019). https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab38d7
R. C. Sinclair, J. L. Suter, and P. V. Coveney, “Micromechanical exfoliation of graphene on the atomistic scale”, Phys. Chem. 21, 5716 (2019). https://doi.org/10.1039/c8cp07796g
K. Kanishka, H. De Silva, H. Huang, and M. Yoshimura, “Progress of reduction of graphene oxide by ascorbic acid”, Appl. Surf. Sci. 447, 3380 (2018). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.03.243
S. Ramazanov, “Recent advances in graphene epitaxial growth: aspects of substrate surface modification using coatings”, Coatings, 12, 1828 (2022). https://doi.org/10.3390/coatings12121828
I. Levchenko, K. Ostrikov, J. Zheng, X. Li, M. Keidar, and K. B. K. Teo, “Scalable graphene production: perspectives and challenges of plasma applications”, Nanoscale, 8, 10511 (2016). https://doi.org/10.1039/C5NR06537B
Y. Wu, X. Liu, and Z. Shi, “Large-scale synthesis of high-quality graphene sheets by improved alternating current arc-discharge method” RSC Adv. 6, 93119 (2016). https://doi.org/10.1039/C6RA22273K
Y. Li, Q. Chen, K. Xu, T. Kaneko, and R. Hatakeyama, “Synthesis of graphene nanosheets from petroleum asphalt by pulsed arc discharge in water”, Chem. Eng. J. 216, 45 (2013). https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.09.123
B. Qin, T. Zhang, H. Chen, Y. Ma, “The growth mechanism of few-layer graphene in the arc discharge process”, Carbon, 102 494 (2016). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.02.074
R. Kumar, R. K. Singh, P. K. Dubey, P. Kumar, R. S. Tiwari, and I. Oh, “Pressure-dependent synthesis of high- quality few-layer graphene by plasma-enhanced arc discharge and their thermal stability”, J Nanopart Res. 15, 1847 (2013). https://doi.org/10.1007/s11051-013-1847-3
K. A. Madurani, S. Suprapto, N. I. Machrita, and S. L. Bahar, “Progress in graphene synthesis and its application: History, challenge and the future outlook for research and industry”, ECS J. Solid State Sci. Technol. 9, 093013 (2020). https://doi.org/10.1149/2162-8777/abbb6f
K. E. Kitko, and Q. Zhang, “Graphene-based nanomaterials: From production to integration with modern tools in neuroscience”, Front. Syst. Neurosci. 26, 1 (2019). https://doi.org/10.3389/fnsys.2019.00026
I. Levchenko, U. Cvelbar, and M. Keidar, “Graphene flakes in arc plasma : Conditions for the fast single-layer growth”, Graphene, 5, 81 (2016). https://doi.org/10.4236/graphene.2016.52009
A. Mondal, and N. R. Jana, “Graphene nanoparticle composites and their applications in energy, environmental and biomedical science”, Rev. Nanosci. Nanotechnol. 3, 177 (2014). https://doi.org/10.1166/rnn.2014.1051
B. Liu, W. Yu, Z. Yan, P. Cai, F. Gao, C. Tang, P. Gu, and Z. Liu, “The light absorption enhancement in graphene monolayer resulting from the diffraction coupling of surface plasmon polariton resonance”, J. Chen: Nanomaterials, 12, 216 (2022). https://doi.org/10.3390/nano12020216
J. Amaro-gahete, A. Ben, and D. Esquivel, “A comparative study of particle Size distribution of graphene nanosheets synthesized by an ultrasound-assisted method”, Nanomaterials, 9, 152 (2019). https://doi.org/10.3390/nano9020152
D. V Smovzh, I. A. Kostogrud, S. Z. Sakhapov, A. V Zaikovskii, and S. A. Novopashin, “The synthesis of few-layered graphene by the arc discharge sputtering of a Si-C electrode”, Carbon N. Y. 112, 97 (2017). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.10.094
A. Jiříčková, O. Jankovský, Z. Sofer, and D. Sedmidubský, “Synthesis and applications of graphene oxide”, Materials, 15, 920 (2022). https://doi.org/10.3390/ma15030920
G. Borand, N. Akçaml, and D. Uzunsoy, “Structural characterization of graphene nanostructures produced via arc discharge method”, Ceram. Int. 47, 8044 (2020). https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2020.11.158
A. C. Ferrari, J. C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. S. Novoselov, S. Roth, and A. K. Geim, “Raman spectrum of graphene and graphene layers”, Phys. Rev. Lett. 97, 187401 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.187401
A. Gupta, G. Chen, P. Joshi, S. Tadigadapa, P. C. Eklund, “Raman scattering from high-frequency phonons in supported n-graphene layer films”, Nano Lett. 6, 2667 (2006). https://doi.org/10.1021/nl061420a
A. Merlen, J. G. Buijnsters, and C. Pardanaud, “A guide to and review of the use of multiwavelength raman spectroscopy for characterizing defective aromatic carbon Solids: from graphene to amorphous carbons”, Coatings. 7, 153 (2017). https://doi.org/10.3390/COATINGS7100153
V. Kumar, A. Kumar, D. J. Lee, and S. S. Park, “Estimation of number of graphene layers using different methods: A focused review”, Materials (Basel). 14, 4590 (2021). https://doi.org/10.3390/ma14164590
Y. Çelik, E. Flahaut, and E. Suvacı, “A comparative study on few-layer graphene production by exfoliation of different starting materials in a low boiling point solvent”, FlatChem. 1, 74 (2017). https://doi.org/10.1016/j.flatc.2016.12.002
Цитування
Defect engineering in multilayer-graphene and graphite films: Generation, control, and applications
Hu Qicheng, Deng Cheng, Zuo Xuan, Liao Fuwei, Chen Sili, Yun Shuhong, Hun Qiankun, Lu Xuanan & Li Siying (2026) Nano Research
Crossref
Sensitive and selective detection of heavy metal ions and organic pollutants with graphene-integrated sensing platforms
Sengupta Joydip & Hussain Chaudhery Mustansar (2024) Nanoscale
Crossref
Solayman Howlader Mohammad, Jagadeesan Dhivya, Ullah Mohammad, Kang Kang, Aziz Azrina Abd & Jiang Jheng-Jie (2025)
Crossref
Heterointerface engineering of Cr2AlC@SiO2 composites for synergistically enhanced microwave absorption and high-temperature oxidation resistance
Wang Mingxuan, Gao Jingyu & Guo Yang (2026) Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers
Crossref
Comprehensive Review of Graphene Synthesis Techniques: Advancements, Challenges, and Future Directions
Hutapea Joys Alisa Angelina, Manik Yosia Gopas Oetama, Ndruru Sun Theo Constan Lotebulo, Huang Jingfeng, Goei Ronn, Tok Alfred Iing Yoong & Siburian Rikson (2025) Micro
Crossref
Carbon nanostructures synthesis by catalyst-free atmospheric pressure plasma jet
Neira-Velázquez María Guadalupe, Ku-Herrera José de Jesús, Narro-Céspedes Rosa Idalia, Flores-Villaseñor Sergio Enrique, Cortez-Garza Yuvicela Leticia, Cuellar-Gaona Claudia Gabriela & Soria-Arguello Gustavo (2024) Journal of Physics D: Applied Physics
Crossref
Graphene and its derivatives in biomedicine: Fundamentals, emerging applications, challenges, and future directions
Hui Shalmali (2026) Journal of the Chinese Chemical Society
Crossref
Авторське право (c) 2023 Аводжі О. Міхаел, Оноджа Д. Ауду, Ечі І. Матіас
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
