سنتز گرافن به روش لیزر به منظور ساخت ابرخازن های الکتروشیمیایی

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 9، دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 44، خرداد 1397، صفحه 107-119   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

شهاب خامنه اصل^{* 1}؛ مجید نامدار حبشی²

¹عضو هیات علمی گروه مهندسی مواد، دانشگاه تبریز

²دانشگاه تبریز

چکیده

در این کار پژوهشی تکنیک نوشتن لیزر برای سنتز گرافن روی سطح یک دیسک و ساخت ابرخازن های گرافن مورد توجه قرار گرفته است. برای اینکار، نخست به روش هامرز، گرافیت در یک محیط اسیدی شامل سدیم نیترات، پتاسیم پرمنگنات و اسید سولفوریک به اکسید گرافن تبدیل شد. برای همگن سازی محلول اکسید گرافن از دستگاههای سانتریفیوژ و التراسونیک استفاده شد. محلول همگن اکسید گرافن روی سطح دیسک های خاص اعمال و مجموعه در دمای محیط خشک شد. برای احیای اکسید گرافن و تبدیل آن به گرافن از یک لیزر مناسب، با الگوی برنامه نویسی خاص ابرخازن استفاده شد. لیزر با اعمال یک انرژی به اندازه فرکانس تشدید پیوند گرافن و اکسیژن، اتصال را شکست و عمل کاهش و رسیدن به گرافن انجام شد. در این بررسی عمل سنتز گرافن و اعمال الگوی خاص ابرخازن در یک مرحله انجام شد که این بزرگترین حسن روش نوشتن لیزری گرافن است.
در بررسی حاضر از میکروسکوپ الکترونی عبوری جهت بررسی ساختار لایه ای اکسید گرافن ، از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای مطالعات ریزساختار، از 2 آزمون چرخه ولتومتری و آزمایشات شارژ/دشارژ گالوانواستاتیکی برای مطالعه عملکرد ابرخازن، از طیف‌بینی فوتوالکترون پرتو ایکس برای بررسی عناصر موجود در لایه اعمال شده روی دیسک و از اسپکتروسکوپی رامان برای بررسی کیفیت گرافن استفاده شد.

کلیدواژه‌ها

گرافن؛ روش نوشتن لیزری؛ سنتز؛ روش هامرز؛ ابر خازن

مراجع

 

[1]    D. Pech, M. Brunet, H. Durou, P. Huang, V. Mochalin, Y. Gogotsi, P. L. Taberna & P. Simon, “Ultrahigh-power micrometre-sized supercapacitors based on onion-like carbonˮ, Nature nanotechnology, Vol. 5, No. 9, pp. 651-654, 2010.

[2]      س. ح. دانشمند، م.ذاکری، ع. محمد بیگی و ع. نظری، "تاثیر گرافن بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت مس/گرافن"، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 141-148، تابستان 1394.

 

[3]      ا. اسحاقی، ف. مجیری، ا. کرمی و ا. ابراهیم زاده، "اثر اعمال نانو فیلم کربن شبه الماسی بر بازدهی سلول‌های خورشیدی سیلیکونی"، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 9-15، تابستان 1394.

 

[4]    J. Chmiola, C. Largeot, P. L. Taberna, P. Simon & Y. Gogotsi, “Monolithic carbide-derived carbon films for micro-supercapacitorsˮ, Science, Vol. 328, No. 5977, pp. 480-483, 2010.

 

[5]    P. Simon & Y. Gogotsi, “Materials for electrochemical capacitorsˮ, Nature materials, Vol. 7, No. 11, pp. 845-854, 2008.

 

[6]    L. Q. Mai, F. Yang, Y. L. Zhao, X. Xu & L. Xu, “Hierarchical MnMoO4/CoMoO4 heterostructured nanowires with enhanced supercapacitor performanceˮ, Nature communications, Vol. 2, No. 381, pp. 1-5, 2011.

 

[7]    Sieben, J. Manuel, E. Morallon & D. Cazorla Amorós, “Flexible ruthenium oxide-activated carbon cloth composites prepared by simple electrodeposition methodsˮ, Energy, Vol. 58, pp. 519-526, 2013.

 

[8]    J. Zhang, J. Jiang, H. Lib & X. S. Zhao, “A high-performance asymmetric supercapacitor fabricated with graphene-based electrodesˮ, Energy & Environmental Science, Vol. 4, No. 10, pp. 4009-4015, 2011.

 

[9]    Sun, Yiqing, Q. Wu & G. Shi, “Graphene based new energy materialsˮ, Energy & Environmental Science, Vol. 4, No. 4, pp. 1113-1132, 2011.

 

[10] S. Stankovich, D. A. Dikin, G. H. B. Dommett & K. M, “Graphene-based composite materialsˮ, nature, Vol. 442, No. 7100, pp. 282-286, 2006.

 

[11] Miller, R John, R. A. Outlaw & B. C. Holloway, “Graphene double-layer capacitor with ac line-filtering performanceˮ, Science, Vol. 329, No. 5999, pp. 1637-1639, 2010.

 

[12] M. D. Stoller, S. Park, Y. Zhu, J. An & R. S. Ruoff, “Graphene-based ultracapacitorsˮ, Nano letters, Vol. 8, No. 10, pp. 3498-3502, 2008.

 

[13] Z. Li, Z. Zhou, G. Yun, K. Shi, XiaoweiLv, B. Yang, “A one-pot method for producing ZnO–graphenenanocomposites from graphene oxide for supercapacitorsˮ, ScriptaMaterialia, Vol. 68, No. 5, pp. 301-304, 2013.

 

[14] D. R. Dreyer, S. Park, C. W. Bielawski & R. S. Ruoff, “The chemistry of graphene oxideˮ, Chemical Society Reviews, Vol. 39, No. 1, pp. 228-240, 2010.

 

[15] G. Katie, “Laser-scribed graphene presents an opportunity to print a new generation of disposable electrochemical sensorsˮ, Nanoscale, Vol. 6, No. 22, pp. 13613-13622, 2014.

 

[16] M. F. El Kady, V. Strong, S. Dubin & R. B. Kaner, “Laser scribing of high-performance and flexible graphene-based electrochemical capacitorsˮ, Science, Vol. 335, No. 6074, pp. 1326-1330, 2012.

 

[17] K. R. Ratinac, W. Yang, J. J. Gooding, P. Thordarson & F. Braet, “Graphene and related materials in electrochemical sensingˮ, Electroanalysis, Vol. 23, No. 4, pp. 803-826, 2011.

 

[18] El Kady, F. Maher & R. B. Kaner, “Scalable fabrication of high-power graphene micro-supercapacitors for flexible and on-chip energy storageˮ, Nature communications, Vol. 4, No. 1475, pp. 1-9, 2013.

 

[19] El Kady, F. Maher & R. B. Kaner, “Direct laser writing of graphene electronicsˮ, ACS nano, Vol. 8, No. 9, pp. 8725-8729, 2014.

 

[20] H. Tian, Y. Yang, D. Xie, Y. L. Cui, W. T. Mi, Y. Zhang & T. L. Ren, “Wafer-scale integration of graphene-based electronic, optoelectronic and electroacoustic devicesˮ, Scientific reports, Vol. 4, pp. 3598- 3606, 2014.

 

[21] S. Abdolhosseinzadeh, H. Asgharzadeh & H. S. Kim, “Fast and fully-scalable synthesis of reduced graphene oxideˮ, Scientific reports, Vol. 5, pp. 10160-10167, 2015.