Применение высокоскоростной гидродинамической технологии для получения графеновых наносупензий из природных графитов

Углеродные наноструктуры находятся в центре внимания мировой науки более 25 лет, с момента открытия фуллеренов в 1985 г., одностенных углеродных нанотрубок в 1993 г., графена в 2004 г., графеновых квантовых точек в 2004 г. Графен стабилен в условиях окружающей среды и обладает отличными электронными, механическими, химическими, тепловыми и оптическими свойствами. Во всем мире активно проводятся исследования и разработки новых методов применения графена в различных областях, таких как энергетика, нефтедобыча, материаловедение, электроника и т. д. В настоящее время использование графеносодержащих материалов в качестве модификаторов для создания прочных и легких материалов в авиации, автомобилестроении и других отраслях инженерии являются актуальной проблемой. Введение графеновых частиц в состав композиционных материалов целесообразно осуществлять, используя их устойчивые дисперсии в жидкой среде. Получение коллоидных графеновых суспензии во многих случаях эффективно, используя метод жидкофазной эксфолиации графита. В работе представлены результаты изучения физико-химических свойств водных графеновых суспензий, полученных методом жидкофазной эксфолиации природных графитов высокоскоростной гидродинамической технологии. Графиты марок ГК-1 и ГАК-2 (ГрафитСервис, Челябинск, РФ) - это кристаллические графиты, полученные с помощью обогащения графитовых руд и совместном обогащении природных графитовых руд и графитосодержащих отходов металлургических производств соответственно. Графитовые суспензии были приготовлены на дистиллированной воде с 1 масс. % графита, к некоторым образцам было добавлено поверхностно-активное вещество (ПАВ), время обработки 3-120 мин, скорость вращения ротора 4 000-11 000 об/мин. Полученные графеновые суспензии были исследованы методами РФА, электронной микроскопией и седиментационного анализа на электроакустическом спектрометре DT-1202. Наличие многослойного графена подтверждено сопоставлением результатов РФА с литературными данными. Наряду с многослойным графеном обнаружено присутствие графеновых точек. Получены водные графеновые суспензии для графитов с различным временем седиментации. Для графита ГАК-2 - шесть суток, для графита ГК-1 - 90 суток, для графита ГК-1 + ПАВ - 6 месяцев.