Liquid phase exfoliation
पहली बार 2008 में प्रदर्शित किया गया, लिक्विड-फेज एक्सफोलिएशन (एल. पी. ई.) एक समाधान-प्रसंस्करण विधि है जिसका उपयोग बड़ी मात्रा में स्तरित क्रिस्टल को 2-आयामी नैनोशीट में बदलने के लिए किया जाता है। यह वर्तमान में 2डी नैनोशीट के उत्पादन के लिए स्तंभ विधियों में से एक है। आई. डी. टेक. एक्स. के अनुसार, एक्सफोलिएशन तकनीकों का परिवार जो प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से एल. पी. ई. से निकला है, अब वैश्विक ग्राफीन उत्पादन क्षमता का 60 प्रतिशत से अधिक है। इस विधि में पाउडर स्तरित क्रिस्टल को जोड़ना शामिल है, उदाहरण के लिए ग्रेफाइट, उपयुक्त सॉल्वैंट्स में और ऊर्जा डालना, अक्सर अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा, हालांकि उच्च कतरनी मिश्रण का अक्सर उपयोग किया जाता है। ऊर्जा का जोड़ विखंडन और एक्सफोलिएशन के संयोजन का कारण बनता है जिसके परिणामस्वरूप स्तरित क्रिस्टल से छोटे नैनोशीट को हटा दिया जाता है। इस तरह से ग्रेफाइट को बड़ी मात्रा में ग्राफीन नैनोशीट में परिवर्तित किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, ये नैनोशीट कुछ एक परत मोटी और पार्श्व आकार की होती हैं जो दसियों नैनोमीटर से लेकर कई माइक्रोन तक होती हैं। ये छितरे हुए नैनोशीट तब तक अर्ध स्थिर निलंबन बनाते हैं जब तक कि उपयोग किए जाने वाले सॉल्वैंट्स में नैनोशीट के समान सतह ऊर्जा होती है। 1 ग्राम प्रति लीटर के क्रम की बिखरे हुए सांद्रता प्राप्त की जा सकती है। सॉल्वैंट्स के अलावा, आणविक स्टेबलाइज़र का उपयोग करना भी संभव है, उदाहरण के लिए सर्फैक्टेंट या पॉलिमर नैनोशीट को कोट करने और उन्हें पुनः एकत्रीकरण के खिलाफ स्थिर करने के लिए। इसका लाभ यह है कि यह नैनोशीट को पानी में लटकाने की अनुमति देता है। हालाँकि इस विधि को पहली बार ग्राफीन नैनोशीट प्राप्त करने के लिए एक्सफोलिएट ग्रेफाइट पर लागू किया गया था, लेकिन तब से इसका उपयोग मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड, टंगस्टन डाइसेलेनाइड, बोरॉन नाइट्राइड, निकल (II) हाइड्रॉक्साइड, जर्मेनियम मोनोसल्फ़ाइड, एसएनपी3 और ब्लैक फॉस्फोरस सहित 2डी सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला का उत्पादन करने के लिए किया जाता रहा है। तरल चरण एक्सफोलिएशन द्वारा उत्पादित तरल निलंबन का उपयोग कार्यात्मक संरचनाओं की एक श्रृंखला बनाने के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, उन्हें इंकजेट प्रिंटिंग जैसी मानक तकनीकों का उपयोग करके पतली फिल्मों और नेटवर्क में मुद्रित किया जा सकता है। मुद्रित संरचनाओं का उपयोग मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स, सेंसर और नैनोकंपोजिट सहित क्षेत्रों में कई अनुप्रयोगों में किया गया है। संबंधित विधियों में वेट बॉल मिलिंग, होमोजिनाइजेशन, माइक्रोफ्लुइडाइजेशन और वेट जेट मिलिंग द्वारा एक्सफोलिएशन शामिल हैं। तरल चरण एक्सफोलिएशन अन्य तरल एक्सफोलिएशन विधियों से अलग है, उदाहरण के लिए ग्राफीन ऑक्साइड का उत्पादन, क्योंकि यह बहुत कम विनाशकारी है, जिससे नैनोशीट के बेसल प्लेन में न्यूनतम दोष रह जाते हैं। हाल ही में यह सामने आया है कि एल. पी. ई. का उपयोग गैर-परत वाले क्रिस्टल को अर्ध-2डी नैनोप्लेटलेट्स में बदलने के लिए भी किया जा सकता है। ओरिजिन्स लिक्विड फेज एक्सफोलिएशन को पहली बार 2008 में आयरलैंड में एक शोध दल द्वारा एक पेपर में विस्तार से वर्णित किया गया था, हालांकि उसी समय मैनचेस्टर समूह द्वारा इसी तरह की प्रक्रिया का एक बहुत छोटा विवरण प्रकाशित किया गया था। जबकि अन्य शोधपत्रों में पहले तरल पदार्थों में परतदार क्रिस्टल को एक्सफोलिएट करने के तरीकों का वर्णन किया गया था, ये शोधपत्र किसी भी पिछले आयन इंटरकेलेशन या रासायनिक उपचार के बिना तरल पदार्थों में एक्सफोलिएशन का वर्णन करने वाले पहले थे। एक्सफोलिएशन विधियों एल. पी. ई. में उचित स्थिर करने वाले तरल पदार्थों में स्तरित क्रिस्टल डालना और फिर स्तरित क्रिस्टल से नैनोशीट को हटाने के लिए ऊर्जा जोड़ना शामिल है। तरल को ऊर्जा की आपूर्ति के लिए कई अलग-अलग तरीकों का उपयोग किया गया है। सबसे पहला और सबसे आम अल्ट्रासोनिकेशन है। प्रक्रिया को बढ़ाने के लिए, 2014 में उच्च कतरनी मिश्रण की शुरुआत की गई थी। यह विधि अत्यंत उपयोगी साबित हुई और निलंबन में कतरनी उत्पन्न करने के कई अन्य तरीकों को प्रेरित किया, जिसमें वेट बॉल मिलिंग, होमोजिनाइजेशन, माइक्रोफ्लुइडाइजेशन और वेट जेट मिलिंग शामिल हैं। स्थिरीकारक सबसे सरल स्थिरीकरण करने वाले तरल पदार्थ ऐसे विलायक होते हैं जिनकी सतह की ऊर्जा परतदार क्रिस्टल के बाहर निकलने के करीब होती है। व्यवहार में, 70 mJ/m2 के करीब सतह तनाव वाले तरल पदार्थों का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा जलीय सर्फैक्टेंट घोल का अक्सर उपयोग किया जाता है। कम आम, लेकिन कुछ अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी, एक्सफोलिएटेड नैनोशीट को स्थिर करने के लिए आणविक या पॉलीमेरिक योजकों का उपयोग करना है। ग्राफीन से परे 2डी सामग्री का एल. पी. ई. एल. पी. ई. द्वारा 2डी सामग्री की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला का उत्पादन किया गया है। 2008 में पहली बार एक्सफोलिएट की जाने वाली सामग्री ग्राफीन थी। इसके बाद 2011 में बी. एन., एम. ओ. एस. 2 और डब्ल्यू. एस. 2 का निष्कासन किया गया। तब से, 2डी सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला को बहिष्कृत किया गया है जिसमें मोलिब्डेनम डिसेलेनाइड, टंगस्टन डिसेलेनाइड, गैलियम सल्फाइड, मोलिब्डेमम ट्राइऑक्साइड, निकल (II) हाइड्रॉक्साइड, जर्मेनियम मोनोसल्फाइड, एसएनपी3, ब्लैक फॉस्फोरस आदि शामिल हैं। गैर-स्तरित सामग्री का एल. पी. ई. हाल के काम से पता चला है कि तरल चरण एक्सफोलिएशन का उपयोग गैर-स्तरित 3डी-मजबूत रूप से बंधे थोक सामग्री से 2डी-नैनोपलेटलेट्स का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। यह सहज रूप से अप्रत्याशित है क्योंकि इन 3डी-ठोस बल्क क्रिस्टल में तीनों दिशाओं में मजबूत बंधन होते हैं। फिर भी, बोरॉन, सिलिकॉन, जर्मेनियम, आयरन डाइसल्फ़ाइड, आयरन ऑक्साइड, आयरन ट्राइफ़्लोराइड, मैंगनीज टेलुराइड जैसी कई गैर-स्तरित सामग्रियों को उपयुक्त सॉल्वैंट्स में सोनिकेट करने पर 2डी नैनोप्लेटलेट्स में परिवर्तित कर दिया गया है। यह तरल-चरण एक्सफोलिएशन प्रक्रिया के तंत्र पर कई खुले सवाल उठाता है। स्तरित पदार्थों के लिए, अंतर-तल (प्रमुख रूप से वैन डेर वाल्स) बंधन बलों को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा इन-प्लेन आयनिक या सहसंयोजक बंधनों को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा की तुलना में कम होती है। फिर, एक्सफोलिएशन प्रक्रिया के परिणामस्वरूप 2डी-नैनोशीट का निर्माण होता है। हालांकि, गैर-स्तरित 3डी-मजबूत रूप से बंधे हुए पदार्थों के लिए, विभिन्न परमाणु विमानों के बीच बंधन में न्यूनतम अंतर के साथ, कोई "आसानी से बहिष्कृत" दिशा नहीं होती है और सोनिकेशन से अर्ध गोलाकार कण प्राप्त होने चाहिए। फिर भी, सिलिकॉन जैसे निकट समस्थानिक पदार्थों को उच्च पहलू अनुपात प्लेटलेट्स देने के लिए एक्सफोलिएट किया गया है। इसलिए, उन तंत्रों की समझ विकसित करना महत्वपूर्ण होगा जिनके द्वारा गैर-स्तरित सामग्रियों को एक्सफोलिएट किया जाता है, विशेष रूप से क्योंकि ऐसे गैर-स्तरित 2डी-नैनोपलेटलेट्स का अनुप्रयोग दायरा व्यापक है, जिसमें जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों से लेकर ऊर्जा भंडारण से लेकर ऑप्टो-इलेक्ट्रॉनिक्स तक शामिल हैं। संदर्भ रासायनिक भौतिकी प्रयोगशाला तकनीकें