Παρασκευή και χαρακτηρισμός γραφενίου και υβριδικών συστημάτων αυτού με μηχανοσύνθεση
Creators: name: Σαμαρά, Ελευθερία Αντωνίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Γραφένιο
Μηχανοσύνθεση
Υβρίδιο
Graphene
Mechanosynthesis
Hybrid

description: Η συγκεκριμένη εργασία αφορά τη σύνθεση εναιωρημάτων γραφενίου, νανοσωματιδίων αιματίτη και ενός υβριδικού υλικού υπό μορφή εναιωρήματος που θα αποτελείται από γραφένιο και νανοσωματίδια αιματίτη, με τη μέθοδο της μηχανοσύνθεσης. Σκοπός της εργασίας, είναι η μελέτη των βέλτιστων συνθηκών για την ανάπτυξη ενός υβριδικού υλικού υπό μορφή εναιωρήματος, που θα μπορέσει ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές όπως μπαταρίες ιόντων λιθίου, σε αισθητήρες και ως υλικό απορρόφησης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υψηλής απόδοσης. Αυτό γίνεται πρώτα με την μελέτη των συνθηκών ανάπτυξης των εναιωρημάτων γραφενίου και των νανοσωματιδίων αιματίτη, τα οποία θα είναι τα υλικά που θα αποτελούν αυτό το υβριδικό υλικό, και στη συνέχεια με τη μελέτη των μορφολογικών, δομικών και οπτικών χαρακτηριστικών τους, με τη βοήθεια των τεχνικών χαρακτηρισμού (ΤΕΜ, ΧRD, Raman, FTIR και UV-Vis). Τα δείγματα του γραφενίου παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της μηχανικής άλεσης (ball milling) σκόνης γραφίτη και μελαμίνης, με διάφορες παραμέτρους, όπως διαφορετικές αναλογίες υλικών, χρόνους άλεσης και ταχύτητες άλεσης. Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε κατεργασία με υπερήχους του προϊόντος της άλεσης σε διαλύτη DMF, για ορισμένο χρόνο. Η συνάλεση του γραφίτη με μελαμίνη, σε συνδυασμό με την κατεργασία υπερήχων, μπορεί να οδηγήσει σε επιτυχημένη αποφλοίωση του γραφίτη και σε εναιωρήματα γραφενίου που μένουν σταθερά για περισσότερο από 6 μήνες. Τα νανοσωματίδια αιματίτη παρασκευάστηκαν επίσης με τη μέθοδο της μηχανοσύνθεσης, σκόνης αιματίτη παρουσία των επιφανειοδραστικών ουσιών ελαϊκής αμίνης και ελαΐκού οξέος, καθώς και διαλύτη επτανίου για διάφορους χρόνους. Τα εναιωρήματα του υβριδικού υλικού παρασκευάστηκαν με συνάλεση σκόνης γραφίτη, μελαμίνης και νανοσωματιδίων αιματίτη με σκοπό την δημιουργία γραφενίου και την ταυτόχρονη υβριδοποίηση των νανοσωματιδίων αιματίτη και στη συνέχεια εφαρμόστηκε κατεργασία με υπερήχους στο προϊόν της άλεσης σε διαλύτη DMF για ορισμένο χρόνο. Η εργασία ολοκληρώνεται με τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις μεθόδους χαρακτηρισμού τα οποία δείχνουν πως με μία φθηνή μέθοδο όπως αυτή της μηχανοσύνθεσης, έγινε πετυχημένη παρασκευή εναιωρημάτων υβριδικού υλικού γραφενίου αιματίτη με συνάλεση γραφίτη μελαμίνης και νανοσωματιδίων αιματίτη σε θερμοκρασία και ατμόσφαιρα δωματίου.
description: This thesis concerns the synthesis of graphene suspensions, hematite nanoparticles and suspensions of a hybrid material consisting of graphene and hematite nanoparticles, by the method of mechanical synthesis. The purpose of this work is to study the optimum conditions for the development of a hybrid suspension material that can be used in applications such as lithium-ion batteries, sensors, and high-efficiency electromagnetic radiation absorbing material. This is done, first by studying the conditions for the development of graphene suspensions and hematite nanoparticles, which will be the materials that will constitute this hybrid material, and then by studying their morphological, structural and optical characteristics, with TEM, XRD, Raman, FTIR and UV-Vis methods. Graphene samples were prepared by ball milling of graphite powder and melamine, under various parameters. Then ultrasonication of the milling product was performed in DMF solvent for a specified time. The co-milling of graphite with melamine powder, in conjunction with ultrasonication treatment, can lead to successful exfoliation of graphite and to graphene suspensions that have remained stable for more than 6 months. Hematite nanoparticles were also prepared by the method of mechanical synthesis, where hematite powder in the presence of the oleylamine and oleic acid surfactants, and heptane solvent, was milled for various times. Suspensions of the hybrid material were prepared by grinding together graphite powder, melamine and hematite nanoparticles, in order to create graphene and simultaneous hybridization with hematite nanoparticles. Sonication was applied to the product of milling in DMF solvent for a specified time. The thesis ends with the conclusions that have emerged from the characterization methods which show that, with a cheap method such as mechanosynthesis, a successful preparation of suspensions of hematite graphene hybrid material was performed under ambient conditions.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)