Laboratorium materiałów dwuwymiarowych
| dc.contributor.advisor | Ciesielski, Artur. Promotor | |
| dc.contributor.author | Chudziak, Tomasz | |
| dc.date.accessioned | 2024-08-14T07:42:15Z | |
| dc.date.available | 2024-08-14T07:42:15Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description | Wydział Chemii | |
| dc.description.abstract | Nanotechnologia jest powszechnie uważana za jedną z najbardziej przyszłościowych dziedzin nauki, otwierającą nowe możliwości dla badaczy na całym świecie i bezpośrednio poprawiającą jakość życia ludzkiego. Ta szybko rozwijająca się dyscyplina polega na tworzeniu funkcjonalnych systemów w nanometrycznej skali na poziomie molekularnym, posiadających specyficzne właściwości i zastosowania. W związku z tym, dwuwymiarowe materiały (2DM) są przedmiotem znacznego zainteresowania w środowisku naukowym ze względu na ich niezwykłe właściwości. W ciągu ostatniej dekady, materiały 2D znacząco przyspieszyły rozwój interdyscyplinarnych dziedzin nanonauki i nauki o materiałach, znajdując liczne zastosowania w takich obszarach jak magazynowanie energii, urządzenia optyczne i czujniki. Ogólnie rzecz biorąc, 2DM to materiały, które mają tylko kilka nanometrów grubości lub są nawet zredukowane do pojedynczej warstwy atomów. Ta cecha nadaje 2DM wyjątkowo wysoką powierzchnię właściwą i ultra-wysoką czułość powierzchniową na czynniki środowiskowe, takie jak wilgotność i ciśnienie, co czyni je wysoce pożądanymi w zastosowaniach czujnikowych. Spośród licznych 2DM, grafen wyróżnia się ze względu na swoje niezwykłe właściwości. Grafen definiuje się jako pojedynczą warstwę atomów węgla hybrydyzowanych sp2, ściśle połączonych w sześciokątną siećkrystaliczną, przypominającą wzór plastra miodu. Grafen wyraźnie wyróżnia się spośród innych materiałów, charakteryzując się wyjątkowo wysoką powierzchnią właściwą (do 2630 m2/g), modułem Younga wynoszącym 1 TPa i podstawową wytrzymałością na rozciąganie wynoszącą 130 GPa. Pomimo swoich licznych wyjątkowych właściwości, grafen nie ma przerwy energetycznej i wykazuje słabą rozpuszczalność w wodzie, co znacząco ogranicza jego zastosowania w niektórych dziedzinach. Skuteczną strategią przezwyciężenia tych ograniczeń i poszerzenia zastosowań grafenu jest synteza jego pochodnych, takich jak tlenek grafenu (GO) i zredukowany tlenek grafenu (rGO). Spośród wielu metod otrzymywania GO, najpopularniejszą metodą pozostaje utlenienie grafenu metodą Hummersa. rGO można otrzymać licznymi metodami, jednakże najbardziej wydajnymi pozostają termiczne wyprażanie i chemiczna redukcja GO. Każda technika redukcji GO ma inną efektywność, co przyczynia się do zróżnicowania właściwości produktów końcowych. Określenie właściwości otrzymanego rGO ma kluczowe znaczenie dla efektywności sensorów opartych na rGO, w tym czujników ciśnienia, odkształceń i wilgotności. Nanotechnology is widely regarded as one of the most forward-thinking fields of science, opening new possibilities for researchers globally and directly enhancing human quality of life. This rapidly evolving discipline involves creating functional systems at the nanometric scale on a molecular level with specific properties and applications. Consequently, two-dimensional materials (2DMs) are of considerable interest within the scientific community due to their extraordinary properties. Over the past decade, 2D materials have significantly propelled the interdisciplinary fields of nanoscience and materials science, finding numerous applications in areas such as energy storage, optical devices, and sensors. Generally, 2DMs are materials that are only a few nanometers thick or even reduced to a single layer of atoms. This characteristic endows 2DMs with an extremely high surface area-to-volume ratio and ultra-high surface sensitivity to environmental factors such as humidity and pressure, making them highly desirable for sensor applications. Among the numerous 2DMs, graphene distinguishes itself due to its extraordinary properties. Graphene is defined as a single layer of sp2 hybridized carbon atoms that are tightly bonded together in a hexagonal crystal lattice, resembling a honeycomb pattern. Graphene distinctly stands out among others, characterized by its exceptionally high specific surface area (up to 2630 m2/g), a Young’s modulus of 1 TPa, and essential tensile strength of 130 GPa. Despite its numerous exceptional properties, graphene lacks a bandgap and exhibits poor water solubility, which significantly limits its applications in certain domains. A viable strategy to overcome these constraints and broaden the applicability of graphene is by synthesizing graphene derivatives such as graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO). Among the various methods for synthesizing GO, the most popular remains the oxidation of graphene using the Hummer’s method. rGO can be obtained through various methods. However, the most efficient techniques remain thermal annealing and chemical reduction of GO. Each technique for reducing GO has different levels of efficiency, which contributes to the variation in the properties of the final products. Determining the properties of the obtained rGO is crucial for the effectiveness of rGO-based sensors, including sensors for pressure, strain, and humidity. | |
| dc.description.sponsorship | This work was partially supported by grants of National Science Centre in Poland (2019/35/B/ST5/01568 and 2021/41/N/ST5/01112). | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10593/27818 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.title | Laboratorium materiałów dwuwymiarowych | |
| dc.title.alternative | New generation of sensors based on graphene-functionalized materials | |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |