Graphene Oxide: นวัตกรรมใหม่สำหรับแบตเตอรี่และเซลล์สุริยะ?

Graphene oxide (GO) เป็นหนึ่งในวัสดุナโนที่ได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากคุณสมบัติพิเศษของมันซึ่งมีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่ electronics, energy storage ไปจนถึง biomedical engineering

Graphene Oxide คืออะไร?

Graphene oxide เป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่ได้มาจากการออกซิไดซ์ graphene ซึ่งเป็น sheet ของคาร์บอนอะตอมที่เรียงตัวกันในลักษณะ honeycomb กระบวนการออกซิไดซ์จะเพิ่มหมู่ฟังก์ชันออกซิเจน (เช่น hydroxyl, epoxy, carboxyl) ลงบนโครงสร้างของ graphene ทำให้มันมีคุณสมบัติที่แตกต่างจาก graphene

คุณสมบัติพิเศษของ Graphene Oxide:

• พื้นที่ผิวสูง: GO มีพื้นที่ผิวต่อมวลมากกว่า graphene เนื่องจากโครงสร้างที่มีรูพรุนและการมีอยู่ของหมู่ฟังก์ชัน

• ความสามารถในการกระจายตัวในน้ำ: GO สามารถกระจายตัวในน้ำได้ดีกว่า graphene เนื่องจากหมู่ฟังก์ชันที่ชอบน้ำ

• คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับแต่งได้: คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของ GO สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการควบคุมระดับออกซิเดชั่นและประเภทของหมู่ฟังก์ชัน

• ความคงตัวทางเคมี: GO มีความคงตัวทางเคมีมากกว่า graphene

การประยุกต์ใช้ Graphene Oxide:

คุณสมบัติพิเศษของ GO ทำให้มันถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้แก่:

1. แบตเตอรี่: GO สามารถใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรดในแบตเตอรี่ได้เนื่องจากพื้นที่ผิวสูงและความสามารถในการนำไฟฟ้า

2. เซลล์สุริยะ: GO สามารถใช้เป็น photoanode ในเซลล์สุริยะ ซึ่งจะช่วยในการดูดซับแสงแดดและแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า

3. ตัวกรองน้ำ: GO สามารถใช้เป็นเมมเบรนสำหรับการกรองน้ำ เนื่องจากโครงสร้างที่มีรูพรุนและความสามารถในการจับดูดโมเลกุลของสารปนเปื้อน

4. เซ็นเซอร์: GO สามารถใช้เป็นวัสดุสำหรับเซ็นเซอร์เนื่องจากคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง

5. ยาสารพัดประโยชน์: GO มีศักยภาพในการนำไปใช้ในด้านการแพทย์ เช่น การนำส่งยาและการวินิจฉัยโรค

การผลิต Graphene Oxide:

Graphene oxide สามารถผลิตได้โดยวิธีการต่างๆ ได้แก่:

• Hummers method: วิธีนี้เป็นวิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการออกซิไดซ์ graphene ด้วยกรดแข็งและสารออกซิไดซ์ เช่น potassium permanganate

• วิธีทางเคมีอื่นๆ: มีวิธีการทางเคมีอื่นๆ ที่สามารถใช้เพื่อผลิต GO ได้ เช่น การใช้ oxidant อื่นๆ หรือการปรับปรุง Hummers method

• วิธีการทางกายภาพ: วิธีการทางกายภาพ เช่น exfoliation mechanochemical และ sputtering ก็สามารถใช้เพื่อผลิต GO ได้

ข้อดีและข้อเสียของ Graphene Oxide:

Graphene oxide เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสูง แต่ก็มีข้อดีและข้อเสียเช่นกัน:

ข้อดี:

• พื้นที่ผิวสูง
• ความสามารถในการกระจายตัวในน้ำ
• คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับแต่งได้
• ความคงตัวทางเคมี

ข้อเสีย:

• กระบวนการผลิต GO อาจเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
• คุณสมบัติของ GO อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต
• ค่าใช้จ่ายในการผลิต GO ยังค่อนข้างสูง

อนาคตของ Graphene Oxide:

Graphene oxide เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสูง และคาดว่าจะถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากขึ้นในอนาคต การวิจัยและพัฒนา GO กำลังดำเนินต่อไปเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติและลดค่าใช้จ่ายในการผลิต

ไม่ต้องสงสัยเลยว่า Graphene Oxide เป็นวัสดุที่น่าสนใจ และมีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงโลกของเรา!