1.3. Nanographen (GNPs)
1.3.5. Phương pháp tổng hợp GNPs [12]
Các phương pháp tổng hợp GNPs thường được chia thành hai loại như sau:
1.3.5.1. Các phương pháp từ trên xuống (Top down)
Phương pháp cắt vi cơ: Phương pháp này sử dụng lực cơ học tác động từ bên ngoài để tách khối graphit thành các lớp GNPs. Ban đầu, tấm graphit được nghiền thành những màng nhỏ, sau đó được gắn lên bề mặt miếng băng dính “Scotch”, dán hai đầu lại với nhau, rồi mở băng keo ra, việc này được lặp đi lặp lại nhiều lần để bóc dần các lớp. Màng mỏng này được chuyển lên bề mặt đế SiO2 để tiến hành phép đo xác định chính xác độ dày. Nguyên lý của phương pháp này là phá vỡ lực liên kết Van Der Waals tương đối yếu giữa các lớp để thu được GNPs.
Phương pháp bóc tách pha lỏng: Ở đây, có thể sử dụng năng lượng hóa học để tách các lớp GNPs từ graphit. Quá trình bóc tách pha lỏng bao gồm ba bước: (1) phân tán graphit trong dung mơi, (2) bóc tách, (3) lọc lấy sản phẩm. Đầu tiên cho một lượng nhỏ graphit vào dung môi N-methylpyrrolidon (NMP), do sự tương tác về mặt năng lượng giữa bề mặt graphit và dung môi, năng lượng này đủ lớn để thắng được lực liên kết Van Der Waals giữa các đơn lớp, từ đó phân tách được các tấm GNPs phân tán trong dung mơi. Dung dịch sau đó sẽ được quay ly tâm để tách lấy GNPs.
Nhìn chung, các phương pháp này sử dụng năng lượng cơ học, năng lượng hóa học để tách các tấm graphit có độ tinh khiết cao thành các lớp GNPs riêng lẻ. Ưu điểm chung của các phương pháp là chế tạo đơn giản, rẻ tiền và không cần các thiết bị đặc biệt. Tuy nhiên, nhược điểm là chất lượng màng không đồng đều, độ lặp
lại thấp, không thể chế tạo với số lượng lớn và khó kiểm sốt.
1.3.5.2. Phương pháp từ dưới lên (bottom up)
Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (CVD): lắng đọng pha hơi hóa học là quá trình sử dụng để lắng đọng và phát triển màng mỏng, tinh thể từ các tiền chất dạng rắn, lỏng, khí của nhiều loại vật liệu. Có nhiều loại CVD khác nhau như lắng đọng pha hơi nhiệt hóa học, lắng đọng pha hơi hóa học tăng cường plasma…
Phương pháp lắng đọng pha hơi nhiệt hóa học (thermal CVD) trên đế kim loại: đây là một phương pháp mới, hiệu quả được sử dụng để tổng hợp GNPs. Phương pháp này được Umeno và các đồng nghiệp sử dụng để tổng hợp graphen vào năm 2006. Trong phương pháp này các tiền chất được sử dụng đều thân thiện với mơi trường và có giá thành thấp. Lớp GNPs được hình thành thơng qua sự phân ly hydrocacbon và sự lắng đọng cacbon trên bề mặt kim loại chuyển tiếp. Các đế kim loại sử dụng ở đây thường là các lá Ni, Cu, Co. Ngoài ra GNPs cũng có thể tổng hợp trên một số đế bán dẫn để phục vụ cho các ứng dụng trong lĩnh vực điện tử. Nhược điểm của phương pháp này là chất lượng sản phẩm thấp (do có nhiều sai hỏng trong mạng tinh thể).
Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học tăng cường plasma: đây là một phương pháp hiệu quả dùng để tổng hợp GNPs với diện tích lớn. Ưu điểm nổi trội của phương pháp này so với phương pháp thermal CVD là tổng hợp GNPs tại nhiệt độ thấp. GNPs được tổng hợp từ metan ở nhiệt độ dưới 500℃.
Phương pháp Epitaxy chùm phân tử: là phương pháp sử dụng vật liệu nguồn là silicon carbide (SiC) và thực hiện ở nhiệt độ cao 1250℃ trong điều kiện chân không siêu cao (UHV) hoặc trong mơi trường khí Argon (Ar). Do nhiệt độ cao Si trong tinh thể SiC bốc hơi khỏi bề mặt kéo theo sự phá vỡ cấu trúc SiC ở hai bên, còn lại lớp GNPs bên trong. Hạn chế của phương pháp epitaxy là chi phí thiết bị, vận hành cao, sự tương tác mạnh giữa GNPs và SiC làm cho việc tách chuyển GNPs lên bề mặt vật liệu khác rất khó khăn.
1.3.6. Nanographen (GNPs)
Trên thị trường hiện nay có hai dạng GNPs:
phân tán trong dầu naphtalen có tỉ lệ giữa dầu naphtalen/GNPs biến tính là 75/25. GNPs biến tính dạng bột đem phân tán trong dầu, chất biến tính là axit oleic.
Dạng GNPs bột.