Ultra-Fast, Chemical-Free, Mass Production of High Quality Exfoliated Graphene

石墨烯 材料科学 剥脱关节 石墨 纳米技术 复合材料
作者
Aminul Islam,Biswajyoti Mukherjee,Krishna Kant Pandey,Anup Kumar Keshri
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (1): 1775-1784 被引量:106
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c09451
摘要

As graphene penetrates into industries, it is essential to mass produce high quality graphene sheets. New discoveries face formidable challenges in the marketplace due to the lack of proficient protocols to produce graphene on a commercial scale while maintaining its quality. Here, we present a conspicuous protocol for ultrafast exfoliation of graphite into high quality graphene on the sub-kilogram scale without the use of any intercalants, chemicals, or solvent. We show that graphite can be exfoliated using a plasma spray technique with high single-layer selectivity (∼85%) at a very high production rate (48 g/h). This is possible because of the inherent characteristics of the protocol which provides sudden thermal shock followed by two-stage shear. The exfoliated graphene shows almost no basal defect (Id/Ig: 0) and possesses high quality (C/O ratio: 21.2, sp2 %: ∼95%), an indication of negligible structural deterioration. The results were reproducible indicating the adeptness of the protocol. We provided several proofs-of-concept of plasma spray exfoliated graphene to demonstrate its utility in applications such as mechanical reinforcements; frictionless, transparent conductive coatings; and energy storage devices.
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