Liquid phase exfoliation
સૌપ્રથમ 2008 માં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે, લિક્વિડ-ફેઝ એક્સ્ફોલિયેશન (એલ. પી. ઈ.) એ સોલ્યુશન-પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિ છે જેનો ઉપયોગ સ્તરવાળી સ્ફટિકોને મોટી માત્રામાં 2-પરિમાણીય નેનોશીટ્સમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે થાય છે. તે હાલમાં 2ડી નેનોશીટના ઉત્પાદન માટેની એક આધારસ્તંભ પદ્ધતિ છે. આઇડીટેકએક્સ અનુસાર, એક્સ્ફોલિયેશન તકનીકોનું કુટુંબ જે પ્રત્યક્ષ કે પરોક્ષ રીતે એલ. પી. ઈ. માંથી ઉતરી આવ્યું છે તે હવે વૈશ્વિક ગ્રેફીન ઉત્પાદન ક્ષમતામાં 60 ટકાથી વધુ હિસ્સો ધરાવે છે. આ પદ્ધતિમાં પાવડર સ્તરવાળા સ્ફટિકો ઉમેરવાનો સમાવેશ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે ગ્રેફાઇટ, યોગ્ય દ્રાવકોમાં અને ઊર્જા દાખલ કરવા માટે, ઘણીવાર અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા, જો કે ઉચ્ચ-શીયર મિશ્રણનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે થાય છે. ઊર્જાનો ઉમેરો વિભાજન અને એક્સ્ફોલિયેશનના સંયોજનનું કારણ બને છે જેના પરિણામે સ્તરવાળી સ્ફટિકોમાંથી નાની નેનોશીટ્સ દૂર થાય છે. આ રીતે ગ્રેફાઇટને મોટા પ્રમાણમાં ગ્રેફીન નેનોશીટ્સમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. સામાન્ય રીતે, આ નેનોશીટ્સ થોડા મોનોલેયર્સ જાડા હોય છે અને બાજુની કદમાં દસ નેનોમીટરથી લઈને ઘણા માઇક્રોન સુધીની હોય છે. જ્યાં સુધી ઉપયોગમાં લેવાતા દ્રાવકોમાં સપાટીની ઊર્જા નેનોશીટ્સ જેવી જ હોય ત્યાં સુધી આ વિખેરાયેલા નેનોશીટ્સ અર્ધ સ્થિર સસ્પેન્શન બનાવે છે. પ્રતિ લિટર ક્રમમાં 1 ગ્રામની વિખેરાયેલી સાંદ્રતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. દ્રાવકો ઉપરાંત, મોલેક્યુલર સ્ટેબિલાઇઝર્સનો ઉપયોગ કરવો પણ શક્ય છે, ઉદાહરણ તરીકે સર્ફેક્ટન્ટ્સ અથવા પોલિમર નેનોશીટ્સને ઢાંકવા અને તેમને ફરીથી એકત્રીકરણ સામે સ્થિર કરવા માટે. આનો ફાયદો એ છે કે તે નેનોશીટ્સને પાણીમાં લટકાવવાની મંજૂરી આપે છે. જો કે આ પદ્ધતિ સૌપ્રથમ ગ્રેફીન નેનોશીટ્સ મેળવવા માટે એક્સ્ફોલિયેટ ગ્રેફાઇટ પર લાગુ કરવામાં આવી હતી, ત્યારથી તેનો ઉપયોગ મોલિબ્ડેનમ ડાયસલ્ફાઇડ, ટંગસ્ટન ડાયસેલેનાઇડ, બોરોન નાઇટ્રાઇડ, નિકલ (II) હાઇડ્રોક્સાઇડ, જર્મેનિયમ મોનોસલ્ફાઇડ, એસ. એન. પી. 3 અને બ્લેક ફોસ્ફરસ સહિત 2ડી સામગ્રીની વિશાળ શ્રેણીના ઉત્પાદન માટે કરવામાં આવે છે. પ્રવાહી તબક્કાના એક્સ્ફોલિયેશન દ્વારા ઉત્પાદિત પ્રવાહી સસ્પેન્શનનો ઉપયોગ કાર્યાત્મક માળખાઓની શ્રેણી બનાવવા માટે થઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેમને ઇંકજેટ પ્રિન્ટિંગ જેવી પ્રમાણભૂત તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને પાતળી ફિલ્મો અને નેટવર્કમાં છાપી શકાય છે. મુદ્રિત માળખાઓનો ઉપયોગ મુદ્રિત ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, સેન્સર અને નેનોકોમ્પોઝાઇટ્સ સહિતના ક્ષેત્રોમાં વિવિધ ઉપયોગોમાં કરવામાં આવે છે. સંબંધિત પદ્ધતિઓમાં વેટ બોલ મિલિંગ, હોમોજિનાઇઝેશન, માઇક્રોફ્લુઇડાઇઝેશન અને વેટ જેટ મિલિંગ દ્વારા એક્સ્ફોલિયેશનનો સમાવેશ થાય છે. લિક્વિડ ફેઝ એક્સ્ફોલિયેશન અન્ય લિક્વિડ એક્સ્ફોલિયેશન પદ્ધતિઓથી અલગ છે, ઉદાહરણ તરીકે ગ્રેફીન ઓક્સાઇડનું ઉત્પાદન, કારણ કે તે ઘણું ઓછું વિનાશક છે, જેનાથી નેનોશીટના બેઝાલ પ્લેનમાં ન્યૂનતમ ખામી રહે છે. તાજેતરમાં જ એવું બહાર આવ્યું છે કે એલ. પી. ઈ. નો ઉપયોગ બિન-સ્તરવાળા સ્ફટિકોને અર્ધ-2ડી નેનોપલેટલેટ્સમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. ઓરિજિન્સ લિક્વિડ ફેઝ એક્સ્ફોલિયેશનનું સૌપ્રથમ 2008 માં આયર્લેન્ડમાં એક સંશોધન ટીમ દ્વારા એક પેપરમાં વિગતવાર વર્ણન કરવામાં આવ્યું હતું, જો કે તે જ સમયે માન્ચેસ્ટર જૂથ દ્વારા સમાન પ્રક્રિયાનું ખૂબ ટૂંકું વર્ણન પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યું હતું. જ્યારે અન્ય કાગળોએ અગાઉ પ્રવાહીમાં સ્તરવાળા સ્ફટિકોને એક્સ્ફોલિયેટ કરવાની પદ્ધતિઓનું વર્ણન કર્યું હતું, ત્યારે આ કાગળો અગાઉના કોઈપણ આયન ઇન્ટરકલેશન અથવા રાસાયણિક પ્રક્રિયા વિના પ્રવાહીમાં એક્સ્ફોલિયેશનનું વર્ણન કરનારા પ્રથમ હતા. એક્સ્ફોલિયેશન પદ્ધતિઓ એલ. પી. ઈ. માં યોગ્ય સ્થિર પ્રવાહીમાં સ્તરવાળા સ્ફટિકો દાખલ કરવા અને પછી સ્તરવાળા સ્ફટિકોમાંથી નેનોશીટ્સને દૂર કરવા માટે ઊર્જા ઉમેરવાનો સમાવેશ થાય છે. પ્રવાહીને ઊર્જા પૂરી પાડવા માટે સંખ્યાબંધ વિવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. સૌથી પહેલું અને સૌથી સામાન્ય અલ્ટ્રાસોનિકેશન છે. પ્રક્રિયાને વધારવા માટે, 2014 માં ઉચ્ચ શીયર મિશ્રણ રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું. આ પદ્ધતિ અત્યંત ઉપયોગી સાબિત થઈ અને સસ્પેન્શનમાં શીયર પેદા કરવાની અન્ય ઘણી પદ્ધતિઓને પ્રેરિત કરી, જેમાં વેટ બોલ મિલિંગ, હોમોજિનાઇઝેશન, માઇક્રોફ્લુઇડાઇઝેશન અને વેટ જેટ મિલિંગનો સમાવેશ થાય છે. સ્થિરીકરણ સૌથી સરળ સ્થિર પ્રવાહી એ દ્રાવકો છે જેની સપાટીની ઊર્જા એક્સ્ફોલિયેટેડ સ્તરવાળા સ્ફટિકની નજીક હોય છે. વ્યવહારમાં, 70 mJ/m2 ની નજીક સપાટીના તણાવવાળા પ્રવાહીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. વધુમાં જલીય સર્ફેક્ટન્ટ દ્રાવણોનો ઘણીવાર ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ઓછા સામાન્ય, પરંતુ અમુક ઉપયોગો માટે ઉપયોગી, એ એક્સફોલિએટેડ નેનોશીટ્સને સ્થિર કરવા માટે મોલેક્યુલર અથવા પોલિમરીક એડિટિવ્સનો ઉપયોગ કરે છે. એલ. પી. ઈ. દ્વારા ગ્રાફિનની બહારની 2ડી સામગ્રીની એલ. પી. ઈ. 2ડી સામગ્રીની ખૂબ જ વિશાળ શ્રેણીનું ઉત્પાદન કરવામાં આવ્યું છે. એક્સ્ફોલિયેટેડ થનારી પ્રથમ સામગ્રી 2008માં ગ્રાફિન હતી. આ પછી 2011માં બી. એન., એમ. ઓ. એસ. 2 અને ડબલ્યુ. એસ. 2નું એક્સ્ફોલિયેશન થયું હતું. ત્યારથી, મોલિબ્ડેનમ ડિસેલેનાઇડ, ટંગસ્ટન ડિસેલેનાઇડ, ગેલિયમ સલ્ફાઇડ, મોલિબ્ડેમમ ટ્રાઇઓક્સાઇડ, નિકલ (II) હાઇડ્રોક્સાઇડ, જર્મેનિયમ મોનોસલ્ફાઇડ, એસ. એન. પી. 3, બ્લેક ફોસ્ફરસ વગેરે સહિત 2ડી સામગ્રીની વિશાળ શ્રેણીને બહાર કાઢવામાં આવી છે. બિન-સ્તરવાળી સામગ્રીનું LPE તાજેતરના સંશોધનોએ દર્શાવ્યું છે કે પ્રવાહી તબક્કાના એક્સ્ફોલિયેશનનો ઉપયોગ બિન-સ્તરવાળી 3D-મજબૂત રીતે બંધાયેલ જથ્થાબંધ સામગ્રીમાંથી 2D-નેનોપલેટલેટ્સના ઉત્પાદન માટે થઈ શકે છે. આ સ્વાભાવિક રીતે અનપેક્ષિત છે કારણ કે આ 3D-ઘન બલ્ક સ્ફટિકો ત્રણેય દિશાઓમાં મજબૂત બંધ ધરાવે છે. તેમ છતાં, બોરોન, સિલિકોન, જર્મેનિયમ, આયર્ન ડાયસલ્ફાઇડ, આયર્ન ઓક્સાઇડ, આયર્ન ટ્રાઇફ્લોરાઇડ, મેંગેનીઝ ટેલુરાઇડ જેવી ઘણી બિન-સ્તરવાળી સામગ્રીને યોગ્ય દ્રાવકોમાં સોનિકેટ કરવામાં આવે ત્યારે 2D નેનોપલેટલેટ્સમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. આ પ્રવાહી-તબક્કાની એક્સ્ફોલિયેશન પ્રક્રિયાની પદ્ધતિ પર ઘણા ખુલ્લા પ્રશ્નો ઉભા કરે છે. સ્તરયુક્ત પદાર્થો માટે, આંતર-સમતલ (મુખ્યત્વે વેન ડર વાલ્સ) બંધ બળોને તોડવા માટે જરૂરી ઊર્જા ઇન-પ્લેન આયનીય અથવા સહસંયોજક બંધને તોડવા માટે જરૂરી ઊર્જાની સરખામણીમાં ઓછી હોય છે. પછી, એક્સ્ફોલિયેશન પ્રક્રિયા 2D-નેનોશીટ્સની રચનામાં પરિણમે છે. જો કે, બિન-સ્તરવાળી 3D-મજબૂત રીતે બંધાયેલ સામગ્રી માટે, વિવિધ પરમાણુ વિમાનો વચ્ચેના બંધનમાં ન્યૂનતમ તફાવત સાથે, કોઈ "સરળતાથી બહાર નીકળતી" દિશા નથી અને સોનિકેશન અર્ધ ગોળાકાર કણો પેદા કરે છે. તેમ છતાં, સિલિકોન જેવી નજીકની આઇસોટ્રોપિક સામગ્રીને ઉચ્ચ-પાસા રેશિયો પ્લેટલેટ્સ આપવા માટે એક્સ્ફોલિયેટેડ કરવામાં આવી છે. તેથી, બિન-સ્તરવાળી સામગ્રીને કઈ પદ્ધતિઓ દ્વારા બહાર કાઢવામાં આવે છે તેની સમજ વિકસાવવી મહત્વપૂર્ણ રહેશે, ખાસ કરીને કારણ કે આવા બિન-સ્તરવાળા 2D-નેનોપલેટલેટ્સનો ઉપયોગનો અવકાશ વ્યાપક છે, જેમાં બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સથી લઈને ઊર્જા સંગ્રહથી લઈને ઓપ્ટો-ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સુધીનો સમાવેશ થાય છે. સંદર્ભો રાસાયણિક ભૌતિકશાસ્ત્ર પ્રયોગશાળા તકનીકો