توصيفگر ها :
گرافن , فرايند الكتروشيميايي , گرافيت , اختلاف پتانسيل , لايه برداري
چكيده فارسي :
گرافن نام يكي از آلوتروپهاي كربن است. اين ماده با استفاده از يك ساختار بلوري لانه زنبوري دوبعدي تشكيل شده است. گرافن داراي
خواص فوق العاده اي نظير سطح ويژه بالا، شفافيت بالاو استحكام بالا ميباشد . هدف از اين مطالعه، لايه برداري گرافن به روش
الكتروشيميايي و بهينه سازي پارامترهاي فرايند مانند پتانسيل اعمالي، pH الكتروليت و فاصله بين الكترودها براي توليد گرافن با كيفيت بالا
و نرخ توليد بالا ميباشد. در اين روش، اختلاف پتانسيل بين پلاتين به عنوان الكترود كاتد و ورق گرافيت به عنوان الكترود آند در سلول
الكتروليتي محلول سولفوريك اسيد اعمال شده و ورقه هاي گرافن از الكترود گرافيتي لايه برداري ميشود. ساختار و مورفولوژي گرافن
سنتز شده با استفاده از تكنيك هاي XRD ، FESEM ، FTIR و Raman مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل نشان داد كه تنظيم
pH نقش موثري در ميزان توليد گرافن با ضخامت لايه هاي مناسب دارد بطوريكه باكاهش pH 7 ضخامت لايه هاي / 7به 1 / الكتروليت از 0
گرافن كاهش پيدا كرد . همچنين پس از بررسي هاي انجام شده روي تاثير ولتاژ در لايه برداري گرافن ، نتايج نشان داد كه افزايش ولتاژ
باعث افزايش ميدان الكتريكي و در نتيجه تسهيل فرايند جداسازي اتم هاي كربن از گرافيت ميگردد بطوريكه با افزايش ولتاز از 1 به 57
ولت مطابق با طيفسنجي FTIR ميزان گروه هاي عاملي كاهش يافت و ميانگين ضخامت لايه ها از 08 نانومتر به 20 نانومتر رسيد نتايج
حاصل نشان داد فاصله الكترودها نقش موثري در كيفيت گرافن سنتز شده دارد بطوريكه نزديك شدن بيش از حد الكترودها به يكديگر
موجب كاهش خلوص لايه هاي گرافن ميگردد. ينابراين ميتوان نتيجه گرفت كه سنتز گرافن به روش الكتروشيميايي آندي در محيط
=7/ الكتروليت سولفوريك اسيد با 1 pH و اعمال ولتاژ ثابت 57 ولت در صورتي كه فاصله بين الكترودهاي گرافيت به عنوان آند و پلاتين
به عنوان كاتد برابر 2 سانتيمتر باشد، باعث توليد گرافن با كيفيت مطلوب ميشود.
چكيده انگليسي :
Graphene is one of the allotropes of carbon, characterized by its two-dimensional honeycomb crystal structure. This remarkable material exhibits extraordinary properties, including a high specific surface area, exceptional transparency, and impressive strength. The aim of this study is to investigate graphene exfoliation through an electrochemical method and to optimize process parameters, including applied potential, electrolyte pH, and the distance between electrodes, in order to achieve high-quality graphene with an increased production rate. In this method, a potential difference is applied between the platinum cathode and the graphite sheet as anode electrode within a sulfuric acid electrolytic cell, leading to the peeling of graphene sheets from the graphite electrode. The structure and morphology of synthesized graphene were investigated using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and Raman spectroscopy techniques. The results showed that adjusting the pH plays a significant role in producing graphene with the desired layer thickness. Specifically, reducing the pH of the electrolyte from 7 resulted in a decrease in the thickness of the graphene layers to 0.5 nm. Furthermore, investigations into the effect of voltage on graphene exfoliation revealed that increasing the voltage enhances the electric field, thereby facilitating the separation of carbon atoms from graphite. The results from FTIR spectroscopy specifically indicated that increasing the voltage from 5 to 10 volts leads to a decrease in the number of functional groups, while the average thickness of the layers diminishes from 48 nm to 24 nm. The results indicated that the distance between the electrodes significantly affects the quality of the synthesized graphene. Specifically, when the electrodes are positioned too close together, it can lead to damage in the graphene layers. Based on the experiments conducted, it can be concluded that synthesizing graphene through the anodic electrochemical method in the sulfuric acid electrolyte with a pH of 0.5 yields optimal results when a constant voltage of 10 volts is applied and the distance between the graphite anode and the platinum cathode is maintained at 2 cm. This configuration produces high-quality graphene.
