EA027119B1 - Method for production of composite graphene/copper nano particles - Google Patents
Method for production of composite graphene/copper nano particles Download PDFInfo
- Publication number
- EA027119B1 EA027119B1 EA201501058A EA201501058A EA027119B1 EA 027119 B1 EA027119 B1 EA 027119B1 EA 201501058 A EA201501058 A EA 201501058A EA 201501058 A EA201501058 A EA 201501058A EA 027119 B1 EA027119 B1 EA 027119B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- graphene
- copper
- production
- nano particles
- composite
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области материаловедения, а именно к разработке электропроводных нанокомпозитов на основе наночастиц графена и металла, и может быть использовано в качестве электродов в устройствах микро- и наноэлектроники.The invention relates to the field of materials science, namely to the development of electrically conductive nanocomposites based on graphene and metal nanoparticles, and can be used as electrodes in micro- and nanoelectronics devices.
Однослойный графен обладает высокой электропроводностью и замечательными механическими свойствами [1], однако получение и использование такого графена является трудоемким и дорогим. Нанопластинки графена получают намного проще и дешевле многочисленными химическими и физическими методами. Один из наиболее широко применяющихся методов синтеза графена основан на восстановлении окисленного графена [1]. Недостатком известных методов, в которых используется окисленный графен, является то, что он является диэлектриком и степень его восстановления в процессе получения композиционных наночастиц должна специально контролироваться для обеспечения высокой электрической проводимости. Как правило, достичь полного восстановления окисленного графена не удается, в результате чего образуется большое количество дефектов, снижающих электропроводность, хотя и повышающих адгезию частиц металла.Single-layer graphene has high electrical conductivity and remarkable mechanical properties [1], however, the production and use of such graphene is time-consuming and expensive. Graphene nanoplates are obtained much simpler and cheaper by numerous chemical and physical methods. One of the most widely used methods for the synthesis of graphene is based on the reduction of oxidized graphene [1]. A disadvantage of the known methods in which oxidized graphene is used is that it is a dielectric and the degree of its reduction during the preparation of composite nanoparticles should be specially controlled to ensure high electrical conductivity. As a rule, it is not possible to achieve complete reduction of oxidized graphene, resulting in the formation of a large number of defects that reduce electrical conductivity, although they increase the adhesion of metal particles.
Для создания материалов с разнообразными эксплуатационными характеристиками представляет интерес получение нанопластинок графена, покрытых металлическими наночастицами. При этом для покрытия поверхности графена наиболее предпочтительны наночастицы меди, которые достаточно стабильны, дешевы и обладают высокой электропроводностью. Известны способы получения композиционных наночастиц графен/металл, заключающиеся в восстановлении соединений металлов в присутствии графита, предварительно окисленного или функционализированного органическими соединениями [2, 3], или графена, диспергированного в таких органических растворителях, как диметилформамид, Νметилпирролидон, диметилсульфоксид, ацетонитрил [1].To create materials with various operational characteristics, it is of interest to obtain graphene nanoplates coated with metal nanoparticles. In this case, copper nanoparticles, which are sufficiently stable, cheap, and highly conductive, are most preferred for coating the surface of graphene. Known methods for producing composite graphene / metal nanoparticles, consisting in the reduction of metal compounds in the presence of graphite previously oxidized or functionalized with organic compounds [2, 3], or graphene dispersed in organic solvents such as dimethylformamide, methyl pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, acetonitrile [1] .
Существенным недостатком способов получения композиционных наночастиц графен/медь, использующих такие органические растворители, как диметилформамид, Ν-метилпирролидон, диметилсульфоксид, ацетонитрил, в ряде случаев нежелательно в связи с их высокой ценой, низкой экологичностью, а также трудностью удаления растворителя из композитной пленки испарением.A significant drawback of the methods for producing composite graphene / copper nanoparticles using such organic solvents as dimethylformamide, Ν-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, acetonitrile is in some cases undesirable due to their high price, low environmental friendliness, and the difficulty of removing the solvent from the composite film by evaporation.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ получения композиционных наночастиц графен/медь [4], включающий следующие стадии: ультразвуковое диспергирование оксида графена в Ν-метил-пирролидоне, добавление к полученной дисперсии по каплям раствора сульфата меди в Ν-метилпирролидоне и глюкозы в качестве восстановителя сульфата меди. Недостатком прототипа является использование в процессе получения токсичного Ν-метилпирролидона, ПДК которого составляет 100 мг/м3. Кроме того, можно предположить, что использование глюкозы для восстановления сульфата меди не позволит полностью восстановить оксид графена, что приведет к образованию в графене большого количества дефектов и, как следствие, снижению электропроводности.The closest in technical essence to the claimed invention is the method of producing composite graphene / copper nanoparticles [4] selected as a prototype, which includes the following stages: ultrasonic dispersion of graphene oxide in Ν-methyl-pyrrolidone, adding a solution of copper sulfate in Ν to the obtained dispersion -methylpyrrolidone and glucose as a reducing agent for copper sulfate. The disadvantage of the prototype is the use in the process of producing toxic Ν-methylpyrrolidone, MPC which is 100 mg / m 3 . In addition, it can be assumed that the use of glucose for the reduction of copper sulfate will not allow full reduction of graphene oxide, which will lead to the formation of a large number of defects in graphene and, as a result, a decrease in electrical conductivity.
Задачей изобретения является разработка более простого и экологичного способа получения композиционных наночастиц графен/медь с уменьшенными значениями сопротивления.The objective of the invention is to develop a simpler and more environmentally friendly method for producing composite graphene / copper nanoparticles with reduced resistance values.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения композиционных наночастиц графен/медь, заключающемся в восстановлении соединений меди в присутствии графена, наночастицы графена диспергируют в этиловом спирте, затем к полученной дисперсии добавляют водный раствор сульфата меди и восстанавливают соль меди борогидридом натрия.The problem is achieved in that in the method for producing composite graphene / copper nanoparticles, which consists in reducing copper compounds in the presence of graphene, graphene nanoparticles are dispersed in ethanol, then an aqueous solution of copper sulfate is added to the resulting dispersion and copper salt is reduced with sodium borohydride.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2. На фиг. 1 приведена микрофотография частиц графена, на фиг. 2 - микрофотография частиц графен/медь, полученных заявляемым способом.The invention is illustrated in FIG. 1 and 2. In FIG. 1 is a micrograph of graphene particles; FIG. 2 is a micrograph of graphene / copper particles obtained by the claimed method.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.
Пример.Example.
К 8 мл этилового спирта добавляли 0,0064 г наночастиц графена и обрабатывали полученную дисперсию ультразвуком в течение 30 мин. Затем к полученной дисперсии добавляли водный раствор сульфата меди, содержащий 0,025 г Си8О4-5Н2О в 10 мл дистиллированной воды, и продолжали перемешивать в течение 30 мин, после чего к реакционной смеси приливали раствор 0,0114 г борогидрида натрия в 10 мл дистиллированной воды и перемешивали еще в течение 30 мин. Полученные композиционные наночастицы графен/медь промывали дистиллированной водой методом декантации до отрицательной реакции на сульфатионы.To 8 ml of ethyl alcohol, 0.0064 g of graphene nanoparticles was added and the resulting dispersion was sonicated for 30 minutes. Then, an aqueous solution of copper sulfate containing 0.025 g of Cu8O 4 -5H 2 O in 10 ml of distilled water was added to the obtained dispersion, and stirring was continued for 30 min, after which a solution of 0.0114 g of sodium borohydride in 10 ml of distilled was added to the reaction mixture water and stirred for another 30 minutes The resulting composite graphene / copper nanoparticles were washed with distilled water by decantation until a negative reaction to sulfations.
Для определения влияния наночастиц меди на электрическое сопротивление тонких пленок на основе наночастиц графен/медь получали дисперсии наночастиц графена и графен/медь. Для этого навеску наночастиц диспергировали в этиловом спирте и обрабатывали ультразвуком в течение 30 мин. Затем полученную суспензию наносили методом накалывания на поликоровую подложку с никелевыми электродами, расстояние между которыми составляло 500 мкм. Толщина полученных пленок составляла 150 нм. Пленки, полученные из индивидуальных графеновых нанопластинок, неоднородны и легко отслаиваются от подложки, в то время как композитные пленки достаточно однородны и их электрические параметры стабильны во времени.To determine the effect of copper nanoparticles on the electrical resistance of thin films based on graphene / copper nanoparticles, dispersions of graphene and graphene / copper nanoparticles were obtained. For this, a weighed portion of nanoparticles was dispersed in ethanol and sonicated for 30 min. Then, the resulting suspension was applied by pruning on a polycore core with nickel electrodes, the distance between which was 500 μm. The thickness of the obtained films was 150 nm. Films obtained from individual graphene nanoplates are inhomogeneous and easily peel off from the substrate, while composite films are fairly uniform and their electrical parameters are stable over time.
Для подтверждения получения частиц графен/медь образцы исследовали методом сканирующей электронной микроскопии на электронном микроскопе ЬЕО-1445 ΥΡ с четырехсекционным детектором отраженных электронов 4ЦВ8Е. Для изучения элементного состава образцов использовали рентгенос- 1 027119 пектральный микроанализатор (ΕΌΧ) ΚΘΝΤΕΟ. Электрическое сопротивление пленок определялось с помощью лабораторного измерителя вольт-амперных характеристик.To confirm the production of graphene / copper particles, the samples were studied by scanning electron microscopy on an LEO-1445 электрон electron microscope with a four-section 4CV8E reflected electron detector. To study the elemental composition of the samples, an X-ray spectral microanalyzer (ΕΌΧ) использовали was used. The electrical resistance of the films was determined using a laboratory meter of current-voltage characteristics.
Элементный анализ показал, что содержание меди в наночастицах графена составляет 0,47%, в то время как в наночастицах графен/медь - 43,75%, что свидетельствует об образовании наночастиц графен/медь.Elemental analysis showed that the copper content in graphene nanoparticles is 0.47%, while in graphene / copper nanoparticles it is 43.75%, which indicates the formation of graphene / copper nanoparticles.
Согласно микроскопическим исследованиям, представленным на фиг. 1 и 2, полученный в соответствии с заявляемым способом композиционный материал графен/медь содержит наночастицы меди диаметром от 10 до 100 нм.According to the microscopic studies shown in FIG. 1 and 2, obtained in accordance with the claimed method, the composite material graphene / copper contains copper nanoparticles with a diameter of from 10 to 100 nm.
Результаты измерения электрического сопротивления по постоянному току представлены в таблице.The results of measuring electrical resistance by direct current are presented in the table.
Электрическое сопротивление пленок графен и графен/медь, полученных в соответствии с заявляемым способомThe electrical resistance of the films of graphene and graphene / copper obtained in accordance with the claimed method
Согласно полученным данным сопротивление полученных структур составило 380 Ом для композитной пленки графен/медь и порядка нескольких (2-5) МОм, изменяющихся со временем, для графеновой пленки. Изменение сопротивления графеной пленки в процессе измерений свидетельствует о плохих контактах между нанопластинками графена. Применение поверхностно-активных веществ, улучшающих адгезию нанопластинок графена, но являющихся изоляторами, приводит к высокому сопротивлению пленок [5]. В то же время в композите графен/медь хорошие контакты и адгезия пластин друг с другом обеспечиваются за счет наночастиц меди, в результате чего формируется стабильная и однородная пленка с хорошей электропроводностью.According to the data obtained, the resistance of the obtained structures was 380 Ohms for a graphene / copper composite film and of the order of several (2-5) MΩ, which change with time for a graphene film. A change in the resistance of the graphene film during measurements indicates poor contacts between graphene nanoplates. The use of surfactants that improve the adhesion of graphene nanoplates, but which are insulators, leads to high film resistance [5]. At the same time, in the graphene / copper composite, good contacts and plate adhesion with each other are ensured by copper nanoparticles, as a result of which a stable and uniform film with good electrical conductivity is formed.
Таким образом, в сравнении с прототипом заявляемый способ позволяет получать композиционные наночастицы графен/медь, характеризующиеся улучшенными значениями сопротивления, более простым и экологичным способом.Thus, in comparison with the prototype of the proposed method allows to obtain composite nanoparticles of graphene / copper, characterized by improved resistance values, in a simpler and more environmentally friendly way.
Источники информации.Information sources.
1. Губин С.П., Ткачев С.В. Графен и родственные наноформы углерода. М.: Книжный дом ЛИБРОКОМ, 2012, с. 5-12, с.73, с.90-92.1. Gubin S.P., Tkachev S.V. Graphene and related carbon nanoforms. M.: Book House LIBROCOM, 2012, p. 5-12, p. 73, p. 90-92.
2. Куап Ми§7уи§к1, Впап Зедег апй Рга^Кап! У.КашаЕ/ТРйуз.Сйеш. С, 2008, νοί. 112 (14), рр. 52635266.2. Kuap Mi§7ui§k1, Vapap Zedeg apy Rga ^ Cap! U. KashaE / TRyuz.Syesh. Since 2008, νοί. 112 (14), pp. 52635266.
3. Иаззап М.Е., νΐοΐοτ АЪбе1§аеб, АЪй Ε1 Касйтап 3.//1.Ма1ег.Сйет., 2009, νοί.19, рр. 3832-3837.3. Iazzap M.E., νΐοΐοτ ABbe1§aeb, ABY Ε1 Kasytap 3.//1.Ma1eg.Syet., 2009, νοί.19, pp. 3832-3837.
4. Патент СN 102436862, МПК Н01В1/02; Н01В1/04, Н01В13/00.4. Patent СN 102436862, IPC Н01В1 / 02; Н01В1 / 04, Н01В13 / 00.
5. Νονο<^1ον К.З., Еа1'ко ν.Ι., Со1отЪо Ь., Се11еИ Р.К., Зей^аЪ М.О., Кт К./ЖаШге, 2012, νοί.490, рр. 192-200.5. Νονο <^ 1ον K.Z., Еа1'ко ν.Ι., СолотЬо b., Се11еИ R.K., Zei ^ аb M.O., Kt.K. . 192-200.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201501058A EA027119B1 (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method for production of composite graphene/copper nano particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201501058A EA027119B1 (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method for production of composite graphene/copper nano particles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201501058A1 EA201501058A1 (en) | 2017-03-31 |
| EA027119B1 true EA027119B1 (en) | 2017-06-30 |
Family
ID=58408274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201501058A EA027119B1 (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method for production of composite graphene/copper nano particles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA027119B1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110624546A (en) * | 2019-10-22 | 2019-12-31 | 特烯（厦门）科技有限公司 | Preparation method of copper/graphene catalyst |
| CN114131036A (en) * | 2021-12-03 | 2022-03-04 | 安徽工业大学 | Low-cost preparation method of functionalized micro-nano particle reinforcement |
| CN114480899B (en) * | 2021-12-15 | 2022-12-06 | 深圳先进技术研究院 | Rare earth modified graphene copper-based composite material and preparation method and application thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102436862A (en) * | 2011-09-08 | 2012-05-02 | 西北师范大学 | Graphene/nanometer copper electric conducting composite material and preparation thereof |
| CN103030139A (en) * | 2012-12-21 | 2013-04-10 | 复旦大学 | Synthetic method of magnetic graphene composite material and application of magnetic grapheme composite material |
| CN104479804A (en) * | 2014-11-25 | 2015-04-01 | 华南理工大学 | Nanometer copper/graphene composite material and preparation method and application thereof |
| CN104609397A (en) * | 2014-12-09 | 2015-05-13 | 尹争艳 | Preparation method for reduced graphene-CuInS2 composite material |
-
2015
- 2015-09-25 EA EA201501058A patent/EA027119B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102436862A (en) * | 2011-09-08 | 2012-05-02 | 西北师范大学 | Graphene/nanometer copper electric conducting composite material and preparation thereof |
| CN103030139A (en) * | 2012-12-21 | 2013-04-10 | 复旦大学 | Synthetic method of magnetic graphene composite material and application of magnetic grapheme composite material |
| CN104479804A (en) * | 2014-11-25 | 2015-04-01 | 华南理工大学 | Nanometer copper/graphene composite material and preparation method and application thereof |
| CN104609397A (en) * | 2014-12-09 | 2015-05-13 | 尹争艳 | Preparation method for reduced graphene-CuInS2 composite material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201501058A1 (en) | 2017-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ambrosi et al. | Electrochemically exfoliated graphene and graphene oxide for energy storage and electrochemistry applications | |
| Li et al. | A glassy carbon electrode modified with MoS 2 nanosheets and poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) for simultaneous electrochemical detection of ascorbic acid, dopamine and uric acid | |
| Huang et al. | Ultrasensitive and simultaneous detection of heavy metal ions based on three-dimensional graphene-carbon nanotubes hybrid electrode materials | |
| Nam et al. | Single-step synthesis of polypyrrole nanowires by cathodic electropolymerization | |
| Wang et al. | Simultaneous determination of hydroquinone and catechol using a glassy carbon electrode modified with gold nanoparticles, ZnS/NiS@ ZnS quantum dots and L-cysteine | |
| Cui et al. | Sensing hydrogen peroxide using a glassy carbon electrode modified with in-situ electrodeposited platinum-gold bimetallic nanoclusters on a graphene surface | |
| Pokpas et al. | Nafion-graphene nanocomposite in situ plated bismuth-film electrodes on pencil graphite substrates for the determination of trace heavy metals by anodic stripping voltammetry | |
| EA027119B1 (en) | Method for production of composite graphene/copper nano particles | |
| Xu et al. | Amperometric sensing of hydrogen peroxide via an ITO electrode modified with gold nanoparticles electrodeposited on a CoMn-layered double hydroxide | |
| Yang et al. | One-pot synthesis of ternary hybrid nanomaterial composed of a porphyrin-functionalized graphene, tin oxide, and gold nanoparticles, and its application to the simultaneous determination of epinephrine and uric acid | |
| Sundramoorthy et al. | Lateral assembly of oxidized graphene flakes into large-scale transparent conductive thin films with a three-dimensional surfactant 4-sulfocalix [4] arene | |
| Chen et al. | Large-scale production of large-size atomically thin semiconducting molybdenum dichalcogenide sheets in water and its application for supercapacitor | |
| JP6859083B2 (en) | Conductive film and method for manufacturing conductive film | |
| Lihter et al. | Electrochemical functionalization of selectively addressed MoS2 nanoribbons for sensor device fabrication | |
| Wu et al. | A molecularly imprinted electrochemical enzymeless sensor based on functionalized gold nanoparticle decorated carbon nanotubes for methyl-parathion detection | |
| Berchmans et al. | Templated synthesis of silver nanowires based on the layer-by-layer assembly of silver with dithiodipropionic acid molecules as spacers | |
| TWI472774B (en) | Method for modifying probe tip | |
| KR101359957B1 (en) | Carbon nano tube and silver nano wire dispersion liquid of one component type, Method for manufacturing conductive coating substrate using the same | |
| Yang et al. | Synthesis and characterization of polypyrrole nanotubes/multi-walled carbon nanotubes composites with superior electrochemical performance | |
| Koefoed et al. | Functionalizing arrays of transferred monolayer graphene on insulating surfaces by bipolar electrochemistry | |
| Sablowski et al. | Electrodeposited metal-organic framework films as self-assembled hierarchically superstructured supports for stable omniphobic surface coatings | |
| Chen et al. | Construction of cyclodextrin functionalized nitrogen-doped graphene quantum dot electrochemical sensing interface for recognition of tryptophan isomers | |
| Jin et al. | Novel and Green Chemical Compound of HAu (Cys) 2: Toward a Simple and Sustainable Electrolyte Recipe for Cyanide-Free Gold Electrodeposition | |
| WO2019227990A1 (en) | Conductive film and method for fabrication thereof and display device | |
| Sultana et al. | Electrodeposition of silver (Ag) nanoparticles on MnO2 nanorods for fabrication of highly conductive and flexible paper electrodes for energy storage application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |