Η ανακάλυψη του γραφενίου, ενός διδιάστατου(2D), ατομικόυ πάχους, πλέγματος άνθρακα έχει δόσει το έναυσμα για την ανάπτυξη ερευνητικού ενδιαφέροντος σε τομείς όπως νανοηλεκτρονική[1][2],αισθητήρες[3],ύπερπυκνωτές[4],[5], σύνθετα υλικά[6-8], και φωτοβολταικά[9]. Η ανθηση αυτή του ενδιαφέροντος οφείλεται κυρίως στις εξαιρετικές ηλεκτρικές, δομικές. Μηχανικές και θερμικές ιδοήτητες του γραφενίου[7-12] .
Πληθώρα μεθόδων έχουν αναπτυχθεί για την παραγωγή του γραφενίου, όπως η μέθοδος “Scotch tape” ή μηχανική απολέπιση [2],[13],χημική απόθεση ατμών(CVD) και άλλα[14][15] ,όμως η μείωση του οξειδίου του γραφενίου είναι μάλλον η πιο ελκυστική μέθοδος λόγω του χαμηλού κόστους, και της μαζικής παραγωγής του μειωμένου οξειδίου του γραφενίου(RGO), το οποίο εκδηλώνει ιδιότητες όμοιες με αυτές του γραφενίου.
Τα Hydrogels, δηλαδή , τρισδιάστατα (3D) υδρόφιλα πολυμερικά δίκτια, μπορούν να απορροφούν τεράστιες ποσότητες υγρών και έχουν προσελκύσει το ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω της πληθώρας των εφαρμογών τους όπως σε φαρμακευτικές[16] και βιοιατρικές[17] εφαρμογές. Τα Hydrogels ήταν γνωστά από το 1960, ως πολυμερικά δίκτια. Πρόσφατα όμως, έχουν δημιουργηθεί νέες μορφές Hydrogelς όπου το μειωμένο οξείδιο του γραφενίου(RGO) είναι το δομικό υλικό. Αυτές οι νέες μορφές Hydrogels αναπτύσσουν τρισδιάστατη δομή μέσω π-π δεσμών και δυνάμεις Vander Waals. Επίσης, παρουσιάζουν θερμικές, ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες ανώτερες από αυτών των παραδοσιακών Hydrogels[19][20].
Στη μεταπτυχιακή εργασία αυτή, χρησιμοποιούμε τη μέθοδο της υδροθερμικής μείωσης για να παράγουμε τα αυτό-συναρμολογούμενα Hydrogels γραφενίου(SGHs). Μελετάμε την επίδραση της υπερηχητικής ανάδευσης(Ultrasonication) σε υδατικό διάλυμα οξείδιού του γραφενίου καθώς την επίδραση της θερμικής επεξεργασίας των υδατικών διαλυμάτων του οξειδίου του γραφενίου. Για να αξιολογήσουμε τα αποτελέσματα χρησιμοποιήσαμε τεχνικές ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης και μικροσκοπία ατομικής δύναμης. Επίσης, τα δείγματά μας μελετήθηκαν και με περίθλαση ακρινών Χ. Στη συνέχεια μελετήσαμε την αφυδάτωση και την απορρόφηση νερού των SGHs. Επιπλέον μελετήσαμε και τη χημική σταθερότητα των SGHs καθώς και τις μηχανικές τους ιδιότητες. Τέλος μελετήσαμε τις ηλεκτρικές ιδιότητες των αυτό-συν αρμολογούμενων Hydrogels και συγκεκριμένα την ειδική αντίσταση και αγωγιμότητα.
(EL)
The discovery of graphene, a two-dimensional(2D), one atom thick carbon lattice, has triggered an explosion of research interest in areas such as nanoelectronics[1], [2], sensors[3], supercapacitors[4], [5], composites[6–8], and photovoltaic devices[9]. This bloom of research interest is attributed, mainly, to graphene’s outstanding electrical, structural, mechanical, and thermal properties[7–12].
Numerous methods, have been developed for the production of graphene, such as the ‘Scotch tape’ method or mechanical exfoliation[2], [13], chemical vapor deposition(CVD) and more[14], [15], but the reduction of graphene oxide is perhaps the most appealing due to low cost, high throughput production of reduced graphene oxide (RGO), which exhibits comparable structure and properties to pristine graphene.
Hydrogels, a three-dimensional (3D) hydrophilic, polymer networks, can imbibe large amount of fluids and have attracted intense research interest due to their applications in pharmaceutical[16] and biomedical areas[17]. Hydrogel as a cross-linked network of hydrophilic polymers have been known since 1960[18].Recently, though, a new type of hydrogel, one where RGO is the building block material, has been demonstrated[19], [20]. These new type of self-assembled graphene hydrogels(SGHs), do not include cross-linkers and can assemble into three-dimensional macrostructures via π-π stacking and Van der Waals forces of reduced graphene oxide sheets. They also exhibit thermal, electrical and mechanical properties superior to that of non-SGHs hydrogels[19], [20].
In this thesis, we use one-step hydrothermal reduction to produce self-assembled graphene hydrogels. We studied the effect of sonication power used in the dispersion, the precursor material and the effect of gel incubation time to structural and electrical characteristics of the resulting gels. To evaluate the resulting gel structures a series of techniques were used such as SEM, AFM on spun coated dispersed precursor GO material, freeze drying, SEM and X-Ray diffraction (XRD) on incubated gel structures and finally a bespoke device that realizes the four probe method to measure the resistance of SGHs in water. Next, the dehydration and swelling of SGHs were tested. Additionally, the chemical stability of SGHs was also tested, by immersing the SGHs in solvents for up to a week. Observation of any sign of instability was performed by visual dissolution inspection and dynamic light scattering (DLS) measurements. Finally, the mechanical properties such as Young’s modulus of SGHs were also measured.
(EN)
