一种用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法，1)将待测的石墨烯样品在真空干燥箱中充分干燥；2)将样品填装入填充柱内；3)将填充柱装在色谱仪上，通入氦气，让填充柱活化10h以上；4)设定色谱仪参数，在柱箱温度为180℃、载气流量为10ml/min左右的条件下用微量进样器注射探针分子，非极性探针分子为正5-8烷，极性探针分子为氯仿、四氢呋喃、丙酮和乙腈；5)在第4)步每种探针分子注射完的瞬间就开始采集数据；6)进行表面自由能的计算。本发明具有操作简单、重复性高、数据可靠。
【专利说明】一种用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及石墨烯，具体指一种用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法，属于纳米材料表征【技术领域】。

【背景技术】
[0002]保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，简称表面自由能或表面能，用符号r表示，单位为J/m2，焦耳/平方米。表面自由能分为两部分，非极性部分的色散自由能和表面自由能的极性部分。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是目前世界上最薄却最坚硬的纳米材料。由于具有优异的力学、电学、热学、光学性能，在材料科学、电子科学、生物医药、催化剂载体等领域有着巨大的应用前景，石墨烯被称为“神奇材料”。通过表面自由能可反映物质表面活性，研究表面自由能对于研究石墨烯表面活性更具有重要意义。表面自由能能是表征物质表面性质的重要参数，由于缺乏适用于传统化学方法的样品，至今关于石墨烯化学的研究面临重重困难，所以检测物质表面自由能就显得十分有意义。
[0003]现有的方法往往是通过测量接触角计算表面自由能的。测量接触角时需要借助投影、摄像等技术，由于仪器分辨率、拟合轮廓等原因，使测量结果存在不确定度。同时，接触角滞后等诸如此类的原因，都将导致接触角的测量结果存在偏差。且测定接触角操作繁琐，
重复性差。
[0004]Shiren Wang 等人 2009 年发表在 Langmuir Article 的期刊论文“Wettabilityand Surface Free Energy of Graphene Films”提出用接触角计算石墨烯表面能的方法，
该方法繁琐，工作量大，有一定的测量误差。
[0005]因此目前国内外还没有比较行之有效的方法能够用于测试石墨烯表面自由能，这在一定程度上影响对石墨烯的认识和利用。


【发明内容】

[0006]针对现有技术测定石墨烯表面自由能操作繁琐、重复性差的不足，本发明的目的是提供一种用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法，本方法操作简单，重复性高，结果准确可靠。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:
[0008]一种用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法，其特征在于，测试步骤如下，
[0009]I)将待测的石墨烯样品在真空干燥箱中充分干燥；
[0010]2)将第I)步得到的样品填装入填充柱内；
[0011]3)将第2)步得到的填充柱装在色谱仪上，通入氦气，让填充柱活化1h以上；
[0012]4)设定色谱仪参数，在柱箱温度为180°C、载气流量为10ml/min左右的条件下用微量进样器注射探针分子，探针分子分为非极性探针分子和极性探针分子，非极性探针分子为正5-8烷，极性探针分子为氯仿、四氢呋喃、丙酮和乙腈；其中非极性探针分子注入量大约为0.5ul，极性探针分子注入量大约为0.5ul ;在注射的时候要用力均匀；
[0013]5)在第4)步每种探针分子注射完的瞬间就开始采集数据，得到每种探针分子的保留时间；
[0014]6)根据第5)步采集的数据，求净保留体积:

【权利要求】
1.一种用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法，其特征在于，测试步骤如下， 1)将待测的石墨烯样品在真空干燥箱中充分干燥； 2)将第I)步得到的样品填装入填充柱内； 3)将第2)步得到的填充柱装在色谱仪上，通入氦气，让填充柱活化1h以上； 4)设定色谱仪参数，在柱箱温度为180°C、载气流量为10ml/min左右的条件下用微量进样器注射探针分子，探针分子分为非极性探针分子和极性探针分子，非极性探针分子为正5-8烷，极性探针分子为氯仿、四氢呋喃、丙酮和乙腈；其中非极性探针分子注入量大约为0.5ul，极性探针分子注入量大约为0.5ul ;在注射的时候要用力均匀； 5)在第4)步每种探针分子注射完的瞬间就开始采集数据，得到每种探针分子的保留时间； 6)根据第5)步采集的数据，求净保留体积:
『.V - Dj(i, — t' ) [1-γ '—P: 其中:νΝ指净保留体积；D指载气流量；j指色谱柱压力校正因子指保留时间；tm指死时间；PW指流量计温度下的水的饱和蒸汽压；Ρο指色谱柱出口压力；TC指色谱柱温度，单位为K ；Tf指流量计温度，单位为k ； 7)第5)步中色谱柱压力校正因子j计算公式如下:
; 其中Pi指色谱柱进口压力即柱前压；PQ指色谱柱出口压力即柱后压；8)求吸附自由能CV -Δ6' = /?Πη~^ 其中:_AG指吸附自由能的负值；R指气体常数^指填充柱内温度；(:为常数，C =299 ；VN指净保留体积；S指填料的比表面积；g指填充柱内填料的质量； 9)求每个亚甲基引起的吸附自由能的变化:以一系列正烷烃的-AG对碳原子数作图，求出斜率，得到每个亚甲基引起的吸附自由能的变化—Δ(7(〃:，碳原子数是指一系列正烷烃各自的碳原子数； 10)求色散自由能 ri =]:1

rCS1 其中，< 指色散自由能；指每个亚甲基引起的吸附自由能的变化；ΝΑ指阿弗加德罗常数；指一个-CH2-所占据的面积即0.06nm2 指聚乙烯的表面能即35mJ/m2 ； 11)求极性探针分子理论上的吸附自由能的极性部分-ΛAG:以一系列正烷烃的-AG对其分子截面积作图，求出线性关系式，然后把极性探针分子的分子截面积代入关系式，可以求出极性探针分子理论上的吸附自由能的非极性部分，再用该极性分子总的吸附自由能减去非极性部分，即得其吸附自由能的极性部分，表示为- AAG; 12)求表面自由能的极性部分
其中=Isp表示表面自由能极性部分的大小；-△ AG指具有相同表面积的极性探针分子和正烷烃分子的吸附自由能负值的差；ΝΑ为阿佛加德罗常数；ap为探针分子占据炭黑的表面积。
2.根据权利要求1所述的用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法，其特征在于:填充柱为不锈钢填充柱，内径3mm，外径4mm，长30cm ;填充前先要对填充柱进行净化处理，用丙酮清洗，高温干燥，然后再填入石墨烯。
3.根据权利要求1所述的用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法，其特征在于:填充柱上端通过塑料管与漏斗连接，填充柱下端再与真空抽滤装置连接，填装时，将石墨烯加入漏斗中，同时利用下端的真空抽滤装置产生强大的吸力，从而将石墨烯均匀的填充入填充柱中。
4.根据权利要求1所述的用反气相色谱法测试石墨烯表面自由能的方法，其特征在于:第3)步活化时柱箱温度为180°C，氦气流量为16ml/min。
【文档编号】G01N30/89GK104165960SQ201410390146
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】陈建, 龚勇, 张华知, 胥会, 朱晓飞, 蒋文平 申请人:四川理工学院