Простой способ получения высококачественного графена: две секунды в микроволновой печи

Волокна графена под сканирующим электронным микроскопом. Чистый графен восстановлен из оксида графена (GO) в микроволновой печи. Масштаб 40 мкм (слева) и 10 мкм (справа).

Фото: Jieun Yang, Damien Voiry, Jacob Kupferberg / Rutgers University

Графен — 2D-модификация углерода, образованная слоем толщиной в один атом углерода. Материал обладает высокой прочностью, высокой теплопроводностью и уникальными физико-химическими свойствами. Он демонстрирует максимальную подвижность электронов среди всех известных материалов на Земле. Это делает графен практически идеальным материалом в самых различных приложениях, в том числе в электронике, катализаторах, элементах питания, композитных материалах и т.д. Дело за малым — научиться получать качественные слои графена в промышленных масштабах. Химики из Ратгерского университета (США) нашли простой и быстрый метод производства высококачественного графена путём обработки оксида графена в обычной микроволновой печи. Метод на удивление примитивный и эффективный. Оксид графита — соединение углерода, водорода и кислорода в различных соотношениях, которое образуется при обработке графита сильными окислителями. Чтобы избавиться от оставшегося кислорода в оксиде графита, а затем получить чистый графен в двумерных листах, нужно приложить значительные усилия. Оксид графита смешивают с сильными щелочами и ещё дальше восстанавливают материал. В результате получаются мономолекулярные листы с остатками кислорода. Эти листы принято называть оксидом графена (GO). Химики испробовали разные способы удаления лишнего кислорода из GO (1, 2, 3, 4), но восстановленный такими способами GO (rGO) остаётся сильно неупорядоченным материалом, который далёк по своим свойствам от настоящего чистого графена, полученного методом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ или CVD). Даже в неупорядоченной форме rGO потенциально может быть полезен для энергоносителей (1, 2, 3, 4, 5) и катализаторов (1, 2, 3, 4), но для извлечения максимальной выгоды от уникальных свойств графена в электронике нужно научиться получать чистый качественный графен из GO. Химики из Ратгерского университета предлагают простой и быстрый способ восстановления GO до чистого графена, используя 1-2-секундные импульсы микроволнового излучения. Как видно на графиках, графен, полученный «микроволновым восстановлением» (MW-rGO) по своим свойствам намного ближе к чистейшему графену, полученному с помощью ХОГФ.Физические характеристики MW-rGO, по сравнению с нетронутым оксидом графена GO, восстановленным оксидом графена rGO и графеном, полученным методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Показаны типичные хлопья GO, осаждённые на кремниевую подложку (А); рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (B); рамановская спектроскопия © и соотношение размера кристаллов (L_a) к отношению пиков l_2D/l_G в рамановском спектре для MW-rGO, GO и ХОГФ (CVD).

Иллюстрации: Rutgers University

Электронные и электрокаталитические свойства MW-rGO, по сравнению с rGO.

Иллюстрации: Rutgers University

Техпроцесс получения MW-rGO состоит из нескольких этапов.

1. Окисление графита модифицированным методом Хаммерса и растворение его до однослойных хлопьев оксида графена в воде.
2. Отжиг GO, чтобы материал стал более восприимчив к микроволновому облучению.
3. Облучение хлопьев GO в обычной микроволновой печи мощностью 1000 Вт на 1-2 секунды. Во время этой процедуры GO быстро нагревается до высокой температуры, происходит десорбция кислородных групп и великолепная структуризация углеродной решётки.

Съёмка просвечивающим электронным микроскопом показывает, что после обработки СВЧ-излучателем образуется высокоупорядоченная структура, в которой кислородные функциональные группы практически полностью уничтожены.На изображениях с просвечивающего электронного микроскопа показана структура листов графена со шкалой 1 нм. Слева — однослойный rGO, на котором много дефектов, в том числе функциональные группы кислорода (синяя стрелка) и дыры в углеродном слое (красная стрелка). По центру и справа — отлично структурированный двуслойный и трёхслойный MW-rGO.

Фото: Rutgers University

Великолепные структурные свойства MW-rGO при использовании в полевых транзисторах позволяют увеличить максимальную подвижность электронов примерно до 1500 см²/В·с, что сравнимо с выдающимися характеристиками современных транзисторов с высокой подвижностью электронов. Кроме электроники, MW-rGO пригодится в производстве катализаторов: он показал исключительно маленькое значение коэффициента Тафеля при использовании в качестве катализатора при реакции выделения кислорода: примерно 38 мВ на декаду. Катализатор на MW-rGO также сохранил стабильность в реакции выделения водорода, которая продолжалась более 100 часов. Всё это предполагает отличный потенциал для использования восстановленного в микроволновом излучении графена в промышленности. Научная статья «High-quality graphene via microwave reduction of solution-exfoliated graphene oxide»опубликована 1 сентября 2016 года в журнале Science (doi: 10.1126/science.aah3398).

Конечно, батарейку легко купить в любом магазине хозтоваров, электроники или в гипермаркете. Однако ради интересных опытов и получения знаний «школы жизни» все же стоит знать, как сделать батарейку своими руками. Тем более процесс такой работы весьма занимательный и несложный.

Батарейка из лимона: два варианта

Для первого варианта вам будет нужен:

• собственно лимон;
• оцинкованный гвоздь;
• 2 небольших отрезка медной проволоки;
• медная монетка;
• небольшая лампочка.

Процесс работы таков:

1. Сделайте на фрукте два надреза на некотором расстоянии друг от друга.
2. В один надрез поместите гвоздь, а в другой — монетку.
3. И к гвоздю, и к монете подсоедините по кусочку проволоки. Вторые концы этого импровизированного проводка должны соприкасаться с контактами лампочки.
4. И все — да будет свет!

Самодельную батарейку из кислого фрукта можно сделать и с помощью:

• одного того же лимона;
• канцелярской скрепки;
• лампочки;
• 2-х отрезков изолированной медной проволоки диаметром 0,2-0,5 мм и длиной 10 см.

Алгоритм следующий:

1. Зачистите 2-3 см изоляции на концах каждой из проволок.
2. Прикрепите оголенную часть одного проводка к скрепке.
3. Сделайте в лимоне два надреза в 2-3 см друг от друга — по ширине скрепки и для второго проводка. Вставьте эти элементы во фрукт.
4. Свободные кончики проволоки приложите к контактной части лампочки. Если она не загорелась, значит, выбранный лимон не достаточно мощен — последовательно соедините несколько фруктов между собой и повторите опыт.

Батарейка из картофеля

Запаситесь:

• двумя картофелинами;
• тремя проводами с зажимами;
• двумя хромированными гвоздями;
• двумя медными гвоздями.

Итак, как сделать батарейку из клубней:

1. Дайте условное обозначение каждой из картофелин — «А» и «Б».
2. В края каждого из клубней воткните по хромированному гвоздику.
3. В противоположный край — медный гвоздь. В теле картошек гвозди не должны пересекаться.
4. Возьмите какое-либо устройство, питающееся от батарейки, выньте ее и оставьте отсек открытым.
5. Первый провод должен соединить медный штырек клубня «А» с положительным полюсом в отсеке батарейки.
6. Второй провод соединяет хромированный штырек картофелины «В» с отрицательным полюсом.
7. Последний провод соединяет хромированный гвоздь клубня «А» с медным гвоздем клубня «Б».
8. Как только вы замкнете таким образом все провода, картошка начнет питать устройство энергией.

Картофель в этом опыте можно заменить на банан, авокадо или любой из цитрусовых.

Батарейка из фольги, картона и монеток

Перед тем как сделать батарейку, приготовьте:

• медные монетки;
• уксус;
• соль;
• картон;
• фольгу;
• скотч;
• два кусочка изолированной медной проволоки.

Все готово? За дело:

1. Сначала нужно капитально очистить монетки — для этого налейте уксус в стеклянную емкость, добавьте туда же соли и засыпьте деньги.
2. Как только поверхности монеток преобразились и заблестели, выньте их из тары, возьмите одну и 8-10 раз обведите ее контур на картоне.
3. Вырежьте картонные кругляшки по контуру. Затем поместите их в тару с уксусом на некоторое время.
4. Сложите фольгу несколько раз так, чтобы в итоге получилось 8-10 слоев. Обведите на ней монетку и также вырежьте круглые детали по контуру.
5. На этом этапе начните собирать батарейку. Делается это так: медная монета, картон, фольга. В таком порядке сложите в столбик все имеющиеся у вас компоненты. Завершающим слоем должна быть только монетка.
6. Снимите с кончиков проводков изоляцию.
7. Отрежьте небольшую полоску скотча, приклейте на нее один кончик проводка, сверху поставьте импровизированную батарейку, на нее — кончик второго проводка. Надежно закрепите конструкцию клейкой лентой.
8. Вторые кончики проволоки подсоедините к «+» и «-» устройства, которое необходимо напитать энергией.

Вечная батарейка

Приготовьте:

• стеклянную банку;
• серебряный элемент — например ложку;
• пищевую пленку;
• медный провод;
• 1 чайную ложку поваренной соды;
• 4 пузырька глицерина;
• 1 чайную ложку 6 % яблочного уксуса.

1. Плотно обмотайте ложку пищевой пленкой, оставив ее верхний и нижний конец слегка оголенным.
2. Теперь настало время обмотать ложку поверх пленки медной проволокой. Не забудьте оставить длинные концы в начале и в конце для контактов. Делайте пространство между витками.
3. И снова слой пленки, а за ним — проволоки таким же методом. Слоев «пленка-проволока» на этой импровизированной катушке должно быть не менее семи. Не затягивайте слои чересчур — пленка должна наматываться свободно.
4. В стеклянной банке подготовьте раствор из глицерина, соли и уксуса.
5. После того как соль растворится, в раствор можно погружать катушку. Как только жидкость помутнеет, «вечная» батарейка будет готова к эксплуатации. Срок ее службы напрямую зависит от содержания серебра в элементе-основе катушки.

Графитовый стержень: применение

Графитовая составляющая из старых батареек — это не только основа для нового источника энергии, но и элемент, который можно использовать для электросварки. Делается это по нехитрой схеме:

1. Заточите графитовый стержень из старой батарейки под углом в 30-40 градусов.
2. Зажимом типа «крокодил» с токонепроводящей ручкой подсоедините его к «+» и «-» источника переменного или постоянного тока.
3. К зачищенной детали подключить «0» и «-«.
4. Электрод по мере выгорания необходимо периодически затачивать.

Как сделать батарейку дома? Потребуются подручные материалы, немного энтузиазма и усидчивости. В обмен вы получите альтернативные источники энергии.

kar 09-12-2010 17:11

А где бы взять графитовый стержень сантиметров 15, круглый или квадратный, 15-20 мм в поперечнике

madmax 09-12-2010 19:23

разломать старый радиоприемник

Ivan_Medvedev 09-12-2010 19:57

ООООчень старый ламповый на батарейках?

5 лет назад (как время летит ) было валом графита от графитовых холодильников. Сейчас ни той конторы, ни того графита…

DiXXX 09-12-2010 22:37

На АС точно есть.

Ivan_Medvedev 09-12-2010 22:48

Летом я б еще выброшенную батарею от навигационного знака (буя, вехи и т.п.) присоветовал найти.

didSemen 09-12-2010 23:14

quote: разломать старый радиоприемник

Думается, это немножко другое. Активное сопротивление намного больше, чем у графита (если имеется ввиду сердечник ферромагнитной антенны приёмника, выглядящий очень похоже). Обычно графитовые стержни такой геометрии у нас применялись для пайки меди достаточно большого сечения…

DiXXX 09-12-2010 23:37

quote: Originally posted by Ivan_Medvedev:

Там аноды как раз — графитовый стержень ф15 мм, длиной 15-18 см.

Ну всё, навигация 2011 отменяется У меня есть порошковый графит, примерно полкило. Вот только как его спрессовать в стержень низнаю.

Ivan_Medvedev 09-12-2010 23:45

Стержни, пластины и т.п. делают или мехобработкой куска графита или спеканием порошка с глиной. В общем — не для кухни технология.

kar 10-12-2010 08:46

Ivan_Medvedev: не секрет, у меня много лет есть прибор для производства живой и мертвой воды, центральный электрод из графита развалился.

DShooter 10-12-2010 09:05

quote: прибор для производства живой и мертвой воды

А что вы делаете с мертвой? Для тещи?

Ace_Odinn 10-12-2010 09:15

kar 10-12-2010 11:01

мертвая для дезинфекции, горло полоскать при ангине, нос промывать при насморке. На теще уже не проверить

G333G333 10-12-2010 17:19

karДумаю тема интересна многим (живая и мёртвая вода) Тоже слышал кое что..Поделились-бы с народом, вдруг кому поможет в жизни.Если не секрет..)

vasbond 10-12-2010 18:07

ober 10-12-2010 20:01

а я такой прибор изготовил из двух линеек из нержавейки

kar 10-12-2010 22:50

quote: а я такой прибор изготовил из двух линеек из нержавейки

Всем привет! Сегодня речь пойдёт о графите. Если вы собирали серьёзный металлоискатель, то, наверное, вам приходилось экранировать катушку (датчик). Это можно сделать двумя способами: обвернуть катушку фольгой или . Покрывать фольгой не очень хороший способ, поэтому многие покрывают датчик графитом. Но если у вас, каким-то необыкновенным способом, нет возможности купить графит, что вы будете делать? Например, вы потратили все деньги на радиодетали и сборку электронного блока металлоискателя, а денег на графит нет. Не опускайте руки! Вы можете достать графит с обычных батареек. В батарейках формата C и D графита будет больше.

Вы возможно подумаете: «Если нет денег, откуда я возьму батарейки?». Друзья, всё очень просто. Вы, наверное, замечали, что в крупных магазинах, торговых центрах или на рынке, ставят коробки для сбора негодных батареек и аккумуляторов. Вот там можно достать эти батарейки для добычи графита. У нас в магазинах АТБ стоят эти коробочки с батарейками, поэтому без проблем можно найти разные типы батареек. Я, порывшись в этой коробке, достал три батарейки типа D.

Если вы нашли такие батарейки, поздравляю, можно приступить к «добыче» графита. Всё что нам понадобиться, это: плоскогубцы, отвертка, шило. Перед разборкой батарейки, советую постелить на стол газету или какой-нибудь лист бумаги.

Первое что нужно сделать — снять этикетку. Она просто приклеена к батарейке, поэтому с ней проблем не будет.

Так как с другой стороны батарейка не разборная — с той стороны, нам будет неудобно разбирать батарейку. Когда определились с какой стороны будем разбирать батарейку, берем отвертку и отгибаем ей загнутые края.

Когда края отогнуты, батарейка будет выглядит примерно таким образом:

Теперь берем шило и удаляем контактную площадку батарейки. У моей батарейки было два небольших отверстия (наверное, для выхода испаряемого газа), поэтому мне было это делать несложно.

Когда контакт удалён, батарейка будет выглядит примерно так:

Мы можем видеть конец графитового стержня, и пластиковую заглушку.

Удаляем эту пластиковую заглушку шилом.

После удаления этой заглушки, перед нами стоит следующая задача — удалить этот черный порошок (смесь оксида марганца 4 и угля). Можно аккуратно плоскогубцами попытаться вытянуть графитовый стержень, но у меня это сделать не получилось, так как мешал порошок. Шилом разрыхляем это порошок и вытряхиваем его в пакет. После чего, можно без особых проблем достать графитовый стержень.

Уголь в Graveyard Keeper используется в основном в качестве топлива, необходимого для приготовления пищи, обработки ресурсов и создания новых предметов. Графит же получается из угля, и мы расскажем каким образом. А также рецепт стали в Graveyard Keeper.

Неограниченные залежи угля

В Graveyard Keeper есть место — называется карьер. Прямо за лесом рядом с рекой. Для того, чтобы добраться до локации, нужно сначала пройти через закрытые ворота. Для этого вам понадобятся 2 деревянные доски, 4 створки и 4 гвоздя.

Там вы найдете неограниченные залежи угля. Достаточно просто разбить куски угля — вместо нескольких частей вы получите целые залежи. Вы можете установить тут станок и переработать на части. Это позволит вам получить большое количество угля в короткие сроки.

Графит

Используя машину под названием «Печь II», вы можете превратить уголь в графит. Просто бросьте 5 углей и 10 топлива — вы получите 1 кусок графита в Graveyard Keeper.

Графит можно превратить в сталь. Просто поместите в печь вместе с железной рудой и топливом.

Также Вам может быть интересно:Используемые источники:

• https://habr.com/post/369631/
• https://stdpro.ru/diy/gde-vzyat-grafit-v-domashnih-usloviyah-grafitovyi-sterzhen.html
• https://game-fresh.com/6374-ugol-i-grafit-v-graveyard-keeper-kak-poluchit-gde-najti.html