Разработка и экспериментальное исследование процесса синтеза графенов при использовании плазмотрона постоянного тока

Проведены экспериментальные исследования синтеза графенов на плазмоструйной установке на основе плазматрона постоянного тока с расширяющимся каналом-анодом. В качестве плазмообразующего газа применялись гелий, аргон или азот при давлениях 150 - 730 Торр. В качестве прекурсора углерода использовались метан, пропанобутановая смесь и ацетилен. Полученные графеновые материалы были исследованы комплексом физико-химических методов: сканирующей электронной микроскопией, рентгеноструктурным анализом, термическими методами, спектроскопией комбинационного рассеяния света, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Исследованы пористые свойства графенов. Сделан вывод о гомогенной нуклеации компонент, полученных при разложении углеводородов, и синтезе в объеме малослойных графеновых материалов в плазмоструйном реакторе. Показано, что синтезируются мультислойные графены с числом слоев от одного до десяти. Установлено, что получаемые графеновые материалы состоят из поликристаллических чешуек графена с сильно развитой пористой структурой. Была обнаружена возможность прямого гидрирования графеновых материалов при их синтезе. Для определения элементного состава гидрированных образцов применен метод экспресса - гравиметрии, показавший возможность наличия водорода в синтезированных образцах при атомарном соотношении водорода и углерода вплоть до величины отношения Н:С = 1:4. В эксперименте достигнута скорость синтеза мультислойных графенов 50 г/ч. Максимальный латеральный размер синтезируемых графенов достигает 2000 нм. Обнаружены режимы, в которых доля графеновых материалов в твердых продуктах синтеза достигает 95%. Установлено, что удельная поверхность графеновых материалов достигает величины 400 м²/г. Исследовано влияние типа прекурсора углерода на синтез графенов.