그래핀현재 가장 인기 있는 연구 자료 중 하나입니다. 높은 전도성, 높은 열 전도성, 우수한 기계적 특성 등 우수한 특성을 많이 갖고 있습니다. 최근에는 그래핀으로 만든 양자점도 폭넓은 주목을 받고 있습니다. 그래핀 양자점은 차세대 광학, 전기, 에너지 저장 소자의 중요한 소재로 꼽히며, 다양한 응용 분야에서 우수한 성능 장점으로 주목받고 있다. 이 기사에서는 그래핀 양자점의 특성, 합성 및 응용을 소개합니다.
1. 실적그래핀 양자점
그래핀 양자점은 일반적으로 직경이 10나노미터 미만인 새로운 유형의 탄소 소재입니다. 기존의 반도체 양자점과 비교하여 그래핀 양자점은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.
(1) 크기 조절성: 그래핀 양자점은 직경을 조절할 수 있습니다. 이를 통해 그래핀 양자점이 다양한 응용 분야에서 다양한 특성과 기능을 발휘할 수 있습니다.
(2) 강력한 광전자 성능: 그래핀 양자점의 밴드 구조는 우수한 광학적, 전기적 특성을 부여합니다.
(3) 우수한 안정성: 그래핀 양자점 표면에는 표면 화학적 특성을 안정화할 수 있는 많은 관능기가 있습니다.
2. 그래핀 양자점의 합성
그래핀 양자점을 제조하는 방법에는 하향식과 상향식의 두 가지 방법이 있습니다.
하향식 합성
하향식 접근법은 대형 물질을 나노크기 그래핀 양자점으로 물리적 또는 화학적 에칭하는 것을 의미하며, 이는 용매 열, 전기화학적, 화학적 박리 경로를 통해 제조될 수 있습니다.
용매열법은 그래핀 양자점을 제조하는 여러 방법 중 하나로, 그 과정은 3단계로 나눌 수 있다. 첫째, 산화된 그래핀을 진공 상태에서 고온 하에 그래핀 나노시트로 환원시키는 단계; 진한 황산과 진한 질산에서 그래핀 나노시트를 산화시키고 절단하는 단계; 마지막으로, 산화된 그래핀 나노시트는 용매 열 환경에서 환원되어 그래핀 양자점을 형성합니다.
그래핀 양자점의 전기화학적 제조 과정은 세 단계로 요약할 수 있다. 단계는 흑연이 벗겨져 그래핀을 형성하려는 유도기이며, 전해질의 색상이 무색에서 노란색으로, 이후 어두워지기 시작한다. 갈색; 두 번째 단계는 양극에서 흑연이 크게 팽창하는 것입니다. 세 번째 단계는 흑연 조각이 양극에서 벗겨져 전해액과 함께 흑색 용액을 형성하는 단계이다. 2단계와 3단계에서는 비커 바닥에서 침전물이 발견됐다. 전기화학반응에서는 이온성 액체의 음이온과 물 사이에 상호작용이 있기 때문에 이온성 액체에 대한 물의 비율을 변화시켜 생성물의 모양과 크기 분포를 조절할 수 있다. 이온 농도가 높은 전해질로 제조된 양자점의 크기는 농도가 낮은 전해질보다 크다.
탄소섬유의 화학적 박리 원리는 화학반응을 통해 탄소원을 층층이 박리시켜 그래핀 양자점을 얻는 것이다. Penget al. 탄소원으로 수지계 탄소섬유를 사용한 후 산처리를 통해 섬유에 쌓인 흑연을 벗겨냈다. 그래핀 양자점은 단 한 단계로 얻을 수 있지만 입자 크기가 고르지 않습니다.
상향식 합성
상향식 접근법은 주로 용액 화학, 초음파 및 마이크로파 방법과 같은 준비 경로를 통해 일련의 상호 작용력을 통해 더 작은 구조 단위를 전구체로 사용하여 그래핀 양자점을 준비하는 것을 의미합니다.
용액화학법은 아릴산화축합의 용액상 화학법을 통해 그래핀 양자점을 제조하는데 주로 사용된다. 합성 과정은 폴리스티렌 수지상 전구체를 얻기 위한 소분자(3-요오도-4-브로모아닐린 또는 기타 벤젠 유도체) 중합체의 점진적인 축합 반응, 이어서 산화 반응을 통해 그래핀 그룹을 얻고, 마지막으로 에칭을 통해 그래핀 양자점을 얻는 과정을 포함합니다.
마이크로파 원리는 설탕(예: 포도당, 과당 등)을 탄소원으로 사용합니다. 탈수 후 설탕은 C=C를 형성하여 그래핀 양자점의 기본 골격 단위를 형성할 수 있기 때문입니다. 수산기와 카르복실기의 수소와 산소 원소는 열수 환경에서 탈수 및 제거되는 반면, 나머지 작용기는 여전히 그래핀 양자점 표면에 결합됩니다. 이는 그래핀 양자점이 우수한 수용성과 형광 특성을 갖도록 할 수 있는 수동층으로 존재합니다.
3. 그래핀 양자점의 응용
그래핀 양자점은 여러 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 다음은 이러한 응용 프로그램 중 일부입니다.
(1) 생물의학 분야: 그래핀 양자점은 우수한 생체적합성을 가지며 세포 이미징, 약물 제어 방출, 생체분자 감지 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.
(2) 형광물질: 그래핀 양자점의 높은 형광세기와 형광양자수율로 인해 디스플레이, 형광잉크 등의 분야에 활용이 가능하다.
(3) 광전자 에너지 저장 장비: 그래핀 양자점의 우수한 전도성과 높은 비표면적 덕분에 슈퍼커패시터, 리튬 이온 배터리 및 기타 응용 분야의 전극 재료로 사용할 수 있습니다.
정리하면, 그래핀 양자점은 신소재로 많은 주목을 받고 있다. 그래핀 양자점의 제조 방법은 아직 충분히 성숙되지 않았지만 생물 의학, 형광 물질, 에너지 저장 및 기타 분야에서의 광범위한 응용 전망은 기대할만한 가치가 있습니다.
