Grafeenioksidi (GO) on grafeenin hapettunut muoto. Se on yksiatomikerroksinen materiaali, joka syntyy hapettamalla grafiittia, joka on halpaa ja helposti saatavilla. Grafeenioksidia on helppo käsitellä, koska se on dispergoituva veteen ja muihin liuottimiin. Sen hilaristikon sisältämän hapen vuoksi grafeenioksidi ei ole johtavaa, mutta se voidaan pelkistää grafeeniksi kemiallisin menetelmin.

Grafeenioksidia voidaan prosessoida liuospohjaisilla menetelmillä

Yksi grafeenioksidin tärkeimmistä eduista on sen dispergoituvuus veteen. Tämä mahdollistaa liuospohjaisten prosessien käytön. Ensisijainen menetelmä grafeenikalvojen valmistukseen on kemiallinen kaasufaasipinnoitus (CVD). Tämä menetelmä vaatii kuitenkin korkeita lämpötiloja ja suhteellisen pitkiä laskeutumisaikoja, mikä tekee siitä kalliin. Se myös rajoittaa laskeutumisen substraatteihin, jotka sietävät korkeita lämpötiloja, mikä tekee laskeutumisen polymeerien päälle vaikeaksi.

Liuospohjaisia menetelmiä ovat ruisku-, spin- ja dip-pinnoitus sekä Langmuir-Blodgett (LB) -laskeutuminen. Yleiskatsaus näistä menetelmistä on ladattavissa alla.

Grafeenioksidi voidaan pelkistää grafeeniksi

Grafeenioksidin toinen etu on, että se voidaan pelkistää grafeeniksi kemiallisin, termisin tai sähkökemiallisin menetelmin. Tuotettua materiaalia kutsutaan pelkistetyksi grafeenioksidiksi (rGO). RGO on yksi ilmeisimmistä ratkaisuista, joita voidaan käyttää, kun grafeenia tarvitaan suuria määriä teollisiin sovelluksiin, kuten energian varastointiin. Pelkistysprosessi on siis elintärkeä, koska sillä on suuri vaikutus tuotetun rGO:n laatuun.

GO:n pelkistäminen kemiallisen pelkistyksen avulla on hyvin skaalautuvaa, mutta valitettavasti tuotetun rGO:n laatu on tyypillisesti huono. GO:n terminen pelkistäminen vaatii jopa 1000 °C:n tai sitä korkeampia lämpötiloja, mikä vahingoittaa grafeenilevyjen rakennetta. Tuotetun rGO:n kokonaislaatu on kuitenkin melko hyvä. Sähkökemiallisten menetelmien on osoitettu tuottavan erittäin korkealaatuista rGO:ta, joka on lähes samanlainen kuin koskematon grafeeni. Menetelmä kärsii kuitenkin edelleen skaalautuvuusongelmista.

Kun pelkistettyä grafeenioksidia on tuotettu, on olemassa lukuisia tapoja, joilla se voidaan funktionalisoida. Tämä parantaa rGO-kalvon ominaisuuksia, jotta sitä voidaan käyttää erilaisissa sovelluksissa.

Jos haluat lukea lisää grafeenioksidin liuospohjaisesta laskeutumisesta, lataa alla oleva yleiskatsaus.