Sıvı fazda grafen üretiminde çalışma koşullarının grafen verimine etkisinin incelenmesi

Abstract

Son yıllarda grafen ve grafen bazlı malzemeler nanoteknoloji alanında büyükilgi çekmektedir. Ancak, grafenin yığın üretiminde basit ve uygun maliyetli yöntemlerinsınırlı olması, birçok teknolojik uygulamada yaygın kullanımını kısıtlamaktadır.Bu çalışmada, grafitin elektrokimyasal ayrıştırılması ile çok katmanlı grafentabakaların üretimi için basit ve etkili bir yaklaşım ortaya konmuştur. Elektrolit çözeltitipi ve derişiminin elektrokimyasal eksfoliasyon ve sonikasyon ile yüksek verimde çoktabakalı grafen sentezi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Elektrokimyasal eksfoliasyonda0,05, 0,1, 0,5 ve 1 M olmak üzere dört farklı derişimde hazırlanan HCl, H2SO4 ve NaOHçözeltileri kullanılmış olup, 1M H2SO4 çözeltisi varlığında 0,011 mg/ml ile en yüksekgrafen derişimine ulaşılmıştır. Karakterizasyon için parçacık boyut dağılımı, FT-IR,XRD, Raman, TEM, SEM ve TGA analizleri yapılmıştır. Elde edilen çok katmanlı grafenepoksi bazlı yaş boyaya farklı oranlarda karıştırılarak, grafenin kaplamada korozyondirencine olan etkileri ASTM B117 standartlarına göre değerlendirilmiştir.Sonuç olarak; sıvı fazda grafen eldesinde kısa süreli elektrokimyasaleksfoliasyon sonrasında uygulanan sonikasyon yöntemiyle uygun koşullardaçalışıldığında, göreceli olarak yüksek dönüşümde birkaç ya da çok katmanlı grafen eldeedilebileceği belirlenmiştir.

In recent years, graphene and graphene-based materials have shown great promisein the field of nanotechnology. However, the limited use of simple and cost-effectivemethods in mass production of graphene limits its widespread use in many technologicalapplications.In this study, a simple and effective approach for the production of multilayergraphene sheets by electrochemical exfoliation of graphite has been demonstrated. Theeffect of electrolyte solution type and concentration on electrochemical exfoliation andsonication, and high yield multilayer graphene synthesis was investigated. Inelectrochemical exfoliation, HCl, H2SO4 and NaOH solutions prepared in four differentconcentrations as 0,05, 0,1, 0,5 and 1 M and the highest graphene concentration of 0,011mg/ml was obtained when 1 M H2SO4 used. Particle size distribution, FT-IR, XRD,Raman, TEM, SEM and TGA analyzes were performed for characterization. Themultilayer graphene flake was mixed with epoxy paints in different ratios, and the effectof graphene on corrosion resistance was evaluated according to ASTM B117 standards.As a result, for liquid-phase graphene production via electrochemical exfoliationfollowed by sonication, it is determined that a few-layer or multilayer graphene can beobtained in a relatively high conversion under proper conditions.