一種用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法
【專利摘要】本發明公開了一種用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法，1)將待測的石墨烯樣品在真空干燥箱中充分干燥；2)將樣品填裝入填充柱內；3)將填充柱裝在色譜儀上，通入氦氣，讓填充柱活化10h以上；4)設定色譜儀參數，在柱箱溫度為180℃、載氣流量為10ml/min左右的條件下用微量進樣器注射探針分子，非極性探針分子為正5-8烷，極性探針分子為氯仿、四氫呋喃、丙酮和乙腈；5)在第4)步每種探針分子注射完的瞬間就開始采集數據；6)進行表面自由能的計算。本發明具有操作簡單、重復性高、數據可靠。
【專利說明】一種用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石墨烯，具體指一種用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法，屬于納米材料表征【技術領域】。
【背景技術】
[0002]保持溫度、壓力和組成不變，每增加單位表面積時，Gibbs自由能的增加值稱為表面Gibbs自由能，簡稱表面自由能或表面能，用符號r表示，單位為J/m2，焦耳/平方米。表面自由能分為兩部分，非極性部分的色散自由能和表面自由能的極性部分。石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是目前世界上最薄卻最堅硬的納米材料。由于具有優異的力學、電學、熱學、光學性能，在材料科學、電子科學、生物醫藥、催化劑載體等領域有著巨大的應用前景，石墨烯被稱為“神奇材料”。通過表面自由能可反映物質表面活性，研究表面自由能對于研究石墨烯表面活性更具有重要意義。表面自由能能是表征物質表面性質的重要參數，由于缺乏適用于傳統化學方法的樣品，至今關于石墨烯化學的研究面臨重重困難，所以檢測物質表面自由能就顯得十分有意義。
[0003]現有的方法往往是通過測量接觸角計算表面自由能的。測量接觸角時需要借助投影、攝像等技術，由于儀器分辨率、擬合輪廓等原因，使測量結果存在不確定度。同時，接觸角滯后等諸如此類的原因，都將導致接觸角的測量結果存在偏差。且測定接觸角操作繁瑣，
重復性差。
[0004]Shiren Wang 等人 2009 年發表在 Langmuir Article 的期刊論文“Wettabilityand Surface Free Energy of Graphene Films”提出用接觸角計算石墨烯表面能的方法，
該方法繁瑣，工作量大，有一定的測量誤差。
[0005]因此目前國內外還沒有比較行之有效的方法能夠用于測試石墨烯表面自由能，這在一定程度上影響對石墨烯的認識和利用。
【發明內容】
[0006]針對現有技術測定石墨烯表面自由能操作繁瑣、重復性差的不足，本發明的目的是提供一種用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法，本方法操作簡單，重復性高，結果準確可靠。
[0007]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0008]一種用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法，其特征在于，測試步驟如下，
[0009]I)將待測的石墨烯樣品在真空干燥箱中充分干燥；
[0010]2)將第I)步得到的樣品填裝入填充柱內；
[0011]3)將第2)步得到的填充柱裝在色譜儀上，通入氦氣，讓填充柱活化1h以上；
[0012]4)設定色譜儀參數，在柱箱溫度為180°C、載氣流量為10ml/min左右的條件下用微量進樣器注射探針分子，探針分子分為非極性探針分子和極性探針分子，非極性探針分子為正5-8烷，極性探針分子為氯仿、四氫呋喃、丙酮和乙腈；其中非極性探針分子注入量大約為0.5ul，極性探針分子注入量大約為0.5ul ;在注射的時候要用力均勻；
[0013]5)在第4)步每種探針分子注射完的瞬間就開始采集數據，得到每種探針分子的保留時間；
[0014]6)根據第5)步采集的數據，求凈保留體積:
【權利要求】
1.一種用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法，其特征在于，測試步驟如下， 1)將待測的石墨烯樣品在真空干燥箱中充分干燥； 2)將第I)步得到的樣品填裝入填充柱內； 3)將第2)步得到的填充柱裝在色譜儀上，通入氦氣，讓填充柱活化1h以上； 4)設定色譜儀參數，在柱箱溫度為180°C、載氣流量為10ml/min左右的條件下用微量進樣器注射探針分子，探針分子分為非極性探針分子和極性探針分子，非極性探針分子為正5-8烷，極性探針分子為氯仿、四氫呋喃、丙酮和乙腈；其中非極性探針分子注入量大約為0.5ul，極性探針分子注入量大約為0.5ul ;在注射的時候要用力均勻； 5)在第4)步每種探針分子注射完的瞬間就開始采集數據，得到每種探針分子的保留時間； 6)根據第5)步采集的數據，求凈保留體積:
『.V - Dj(i, — t' ) [1-γ '—P: 其中:νΝ指凈保留體積；D指載氣流量；j指色譜柱壓力校正因子指保留時間；tm指死時間；PW指流量計溫度下的水的飽和蒸汽壓；Ρο指色譜柱出口壓力；TC指色譜柱溫度，單位為K ；Tf指流量計溫度，單位為k ； 7)第5)步中色譜柱壓力校正因子j計算公式如下:
; 其中Pi指色譜柱進口壓力即柱前壓；PQ指色譜柱出口壓力即柱后壓；8)求吸附自由能CV -Δ6' = /?Πη~^ 其中:_AG指吸附自由能的負值；R指氣體常數^指填充柱內溫度；(:為常數，C =299 ；VN指凈保留體積；S指填料的比表面積；g指填充柱內填料的質量； 9)求每個亞甲基引起的吸附自由能的變化:以一系列正烷烴的-AG對碳原子數作圖，求出斜率，得到每個亞甲基引起的吸附自由能的變化—Δ(7(〃:，碳原子數是指一系列正烷烴各自的碳原子數； 10)求色散自由能 ri =]:1
rCS1 其中，< 指色散自由能；指每個亞甲基引起的吸附自由能的變化；ΝΑ指阿弗加德羅常數；指一個-CH2-所占據的面積即0.06nm2 指聚乙烯的表面能即35mJ/m2 ； 11)求極性探針分子理論上的吸附自由能的極性部分-ΛAG:以一系列正烷烴的-AG對其分子截面積作圖，求出線性關系式，然后把極性探針分子的分子截面積代入關系式，可以求出極性探針分子理論上的吸附自由能的非極性部分，再用該極性分子總的吸附自由能減去非極性部分，即得其吸附自由能的極性部分，表示為- AAG; 12)求表面自由能的極性部分
其中=Isp表示表面自由能極性部分的大小；-△ AG指具有相同表面積的極性探針分子和正烷烴分子的吸附自由能負值的差；ΝΑ為阿佛加德羅常數；ap為探針分子占據炭黑的表面積。
2.根據權利要求1所述的用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法，其特征在于:填充柱為不銹鋼填充柱，內徑3mm，外徑4mm，長30cm ;填充前先要對填充柱進行凈化處理，用丙酮清洗，高溫干燥，然后再填入石墨烯。
3.根據權利要求1所述的用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法，其特征在于:填充柱上端通過塑料管與漏斗連接，填充柱下端再與真空抽濾裝置連接，填裝時，將石墨烯加入漏斗中，同時利用下端的真空抽濾裝置產生強大的吸力，從而將石墨烯均勻的填充入填充柱中。
4.根據權利要求1所述的用反氣相色譜法測試石墨烯表面自由能的方法，其特征在于:第3)步活化時柱箱溫度為180°C，氦氣流量為16ml/min。
【文檔編號】G01N30/89GK104165960SQ201410390146
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】陳建, 龔勇, 張華知, 胥會, 朱曉飛, 蔣文平 申請人:四川理工學院
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