Hochkonzentrierte, tensid-stabilisierte Graphen-Dispersionen

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Graphen-Dispersionen vorgestellt, die in Wasser mit dem Tensid Natriumcholat stabilisiert sind, bei Konzentrationen von bis zu 0,3 mg/mL. Der Prozess verwendet eine Niedrigenergie-Sonikation über lange Zeiten (bis zu 400 Stunden), gefolgt von Zentrifugation, um stabile Dispersionen zu erhalten. Die dispergierte Konzentration steigt mit der Sonikationszeit, während die besten Qualitätsdispersionen bei Zentrifugationsgeschwindigkeiten zwischen 500 und 2000 U/min erzielt werden. Detaillierte TEM-Analysen zeigen, dass die Flakes aus 1-10 gestapelten Monolagen bestehen, wobei bis zu 20% der Flakes nur eine Schicht enthalten. Der durchschnittliche Flake besteht aus etwa 4 gestapelten Monolagen und hat eine Länge und Breite von etwa 1 µm bzw. etwa 400 nm. Diese Dimensionen sind überraschend stabil unter längerer Sonikation. Die durchschnittliche Flakelänge fällt jedoch von etwa 1 µm auf etwa 500 nm, wenn die Zentrifugationsgeschwindigkeit von 500 auf 5000 U/min erhöht wird. Raman-Spektroskopie zeigt, dass die Flake-Körper bei Zentrifugationsgeschwindigkeiten unter 2000 U/min relativ fehlerfrei sind. Die Dispersionen können leicht in hochqualitative, freistehende Filme gegossen werden. Das Verfahren erweitert den Umfang für die skalierbare Flüssigphasenverarbeitung von Graphen für eine Vielzahl von Anwendungen.