بررسی تأثیر دما و زمان فرآیند تولید نقاط کوانتومی گرافن به روش کربوره‌کردن بر ساختار، ریزساختار و خواص نوری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

نقاط کوانتومی گرافن عضو جدیدی از خانواده کربن‌ها می‌باشد که به دلیل برخورداری از خواص بی‌نظیر آن، کاربردهای بسیاری یافته و به‌سرعت در حال توسعه می‌باشند. هدف از این تحقیق دستیابی به این نانو ماده ارزشمند با استفاده از روش تولید راحت، سریع و آسان تحت عنوان کربوره‌کردن می‌باشد. بدین منظور ابتدا تولید‌ از منبع اولیه گلوتامیک اسید در دماهای 210، 220 و 230 درجه سانتی‌گراد و زمان‌های 60 و 90 ثانیه انجام شد. در ادامه با هدف بررسی خواص نقاط کوانتومی گرافن محصول، آزمون رامان و بررسی جذب ماوراء بنفش، نشر فتولومینسانس، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه و پراکنش نوری صورت گرفت. ریز ساختار توسط میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین ریخت‌شناسی سطح و فاصله صفحات توسط میکروسکوپ روبشی با وضوح بالا بررسی شد. نتایج نشان داد که بهترین حالت از نظر اندازه و توزیع پراکندگی ذرات، تولید در دمای 220 درجه سانتی‌گراد و مدت زمان 60 ثانیه بوده به‌گونه‌ای که بیش از 45 درصد ذرات دارای اندازه 3 نانومتر می‌باشند. همچنین بیش‌ترین میزان شدت جذب در این نمونه و در طول‌موج 244 نانومتر ظاهر شد. افزایش زمان تولید نیز موجب درشت‌تر شدن نقاط کوانتومی گرافن و پراکندگی بیشتر در اندازه ذرات تولید شده گردید. بررسی‌های فتولومینسانس در محدوده طول‌موج‌های برانگیختگی 400-340 نانومتر نیز ظهور یک پیک قوی را در نمونه تولید شده در دمای 220 درجه سانتی‌گراد و زمان کلسینه شدن 60 ثانیه در طول‌موج تحریک 380 نانومتر نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Temperature and Time of the Process of Producing Graphene Quantum Dots by Carbonization on Structural, Microstructural, and Optical Properties

نویسندگان [English]

  • M. Nazari
  • H. R. Baharvandi
  • N. Ehsani
Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Graphene quantum dots are a new member of the carbon family with various applications rapidly developing due to their unique properties. This research aims to obtain this valuable nanomaterial using a convenient, quick, and easy production method called carburizing. For this purpose, production from the primary source of glutamic acid was done at temperatures of 210, 220, and 230 ºC and times of 60 and 90 s. Next, the Raman test and fourier transform infrared spectroscopy, dynamic light scattering, photoluminescence, and ultraviolet-visible spectroscopy were performed to investigate the properties of graphene quantum dots of the product. The microstructure was examined by field emission escanning electron microscopy images. Also, the morphology of the surface and the distance between the planes were investigated by high resolution transmission electron microscopy. The results showed that the best sample in terms of distribution and particle size was production at 220°C for 60 s with 3 nm in particle size for over 45% of the particles. Moreover, the highest absorption intensity in this sample was appeard at the wavelength of 244 nm. An increase in the production time caused the graphene quantum dots to be coarser with greater dispersion in particle size distribution. Photoluminescence studies in the excitation wavelength range of 340-400 nm revealed the appearance of a strong peak in the sample produced at 220 ºC and calcination time 60 s at the excitation wavelength of 380 nm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Graphene quantum dots
  • Glutamic Acid
  • Synthesis
  • Absorption
  • Photoluminescence

مراجع

  1. Chen W, Lv G, Hu W, Li D, Chen S, Dai Z. Synthesis and applications of graphene quantum dots: a review. Nanotechnol Rev. 2018;7(2):157-85. https://doi.org/10.1515/ntrev-2017-0199
  2. Bacon M, Bradley SJ, Nann T. Graphene quantum dots. Part Sys Charact. 2014;31(4):415-28. https:// doi.org/10.1002/ppsc.201300252
  3. Zhu Y, Murali S, Stoller MD, Ganesh KJ, Cai W, Ferreira PJ, Pirkle A, Wallace RM, Cychosz KA, Thommes M, Su D. Carbon-based supercapacitors produced by activation of graphene. Science. 2011: 24; 332(6037):1537-41. https://doi.org/10.1126/science. 1200770
  4. Zheng P, Wu N. Fluorescence and sensing applications of graphene oxide and graphene quantum dots: a review. Chem Asian J. 2017;12(18): 2343-53. https://doi.org/10.1002/asia.201700814
  5. Li X, Rui M, Song J, Shen Z, Zeng H. Carbon and graphene quantum dots for optoelectronic and energy devices: a review. Adv Funct Mater. 2015;25(31): 4929-47. https://doi.org/10.1002/adfm.201501250
  6. Sun H, Wu L, Wei W, Qu X. Recent advances in graphene quantum dots for sensing. Mater today. 2013;16(11):433-42. https://doi.org/10.1016/j.mattod. 2013.020
  7. Chung S, Revia RA, Zhang M. Graphene quantum dots and their applications in bioimaging, biosensing, and therapy. Adv Mater. 2021;33(22):1904362. https://doi.org/10.1002/adma.201904362
  8. Iannazzo D, Pistone A, Salamò M, Galvagno S, Romeo R, Giofré SV, Branca C, Visalli G, Di Pietro A. Tian P, Tang L, Teng KS, Lau SP. Graphene quantum dots from chemistry to applications. Mater today chem. 2018;10:221-58. https://doi.org/10.1016/ j.mtchem.2018.09.007
  9. Graphene quantum dots for cancer targeted drug delivery. Int J Pharm. 2017;518(1-2):185-92. https:// doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.12.060
  10. Xu X, Gao F, Bai X, Liu F, Kong W, Li M. Tuning the photoluminescence of graphene quantum dots by photochemical doping with nitrogen. Mater. 2017; 10(11):1328. https://doi.org/10.3390/ma10111328
  11. Facure MH, Schneider R, Mercante LA, Correa DS. A review on graphene quantum dots and their nanocomposites: from laboratory synthesis towards agricultural and environmental applications. Environ Sci Nano. 2020;7(12):3710-34. https://doi.org/ 10.1039/D0EN00787K
  12. Zhu S, Zhang J, Qiao C, Tang S, Li Y, Yuan W, Li B, Tian L, Liu F, Hu R, Gao H. Strongly green-photo luminescent graphene quantum dots for bioimaging applications. Chem Comm. 2011; 47(24): 6858-60. https://doi.org/10.1039/C1CC11122A
  13. Lu H, Li W, Dong H, Wei M. Graphene quantum dots for optical bioimaging. Small 2019;15(36): 1902136. https://doi.org/10.1002/smll.201902136
  14. Li K, Zhao X, Wei G, Su Z. Recent advances in the cancer bioimaging with graphene quantum dots. Curr Med Chem. 2018;25(25):2876-93. https://doi.org/10. 2174/0929867324666170223154145
  15. Tang S, Deng J, Wang S, Liu W. Fabrication and characterization of an ultra‐high‐temperature carbon fiber‐reinforced ZrB2–SiC matrix composite. J Am Ceram Soc. 2007;90(10):3320-2. https://doi.org/10. 1111/j.1551-2916.2007.01876.x
  16. Sun YP, Zhou B, Lin Y, Wang W, Fernando KS, Pathak P, Meziani MJ, Harruff BA, Wang X, Wang H, Luo PG. Quantum-sized carbon dots for bright and colorful photoluminescence. J Am Chem Soc. 2006; 128(24):7756-7. https://doi.org/10.1021/ja062677d
  17. Zhu S, Song Y, Zhao X, Shao J, Zhang J, Yang B. The photoluminescence mechanism in carbon dots (graphene quantum dots, carbon Nano dots, and polymer dots): current state and future perspective. Nano Res. 2015:355-81. https://doi.org/10.1007/ s12274-014-0644-3
  18. Wu X, Tian F, Wang W, Chen J, Wu M, Zhao JX. Fabrication of highly fluorescent graphene quantum dots using L-glutamic acid for in vitro/in vivo imaging and sensing. J Mater Chem C 2013;1(31): 4676-84. https://doi.org/10.1039/C3TC30820K

 

 

 

مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 44، شماره 1
دی 1403
صفحه 73-84

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی