ГРАФЕН ОКСИДІНІҢ – НАНОЦЕЛЛЮЛОЗА КОМПОЗИЦИЯСЫНЫҢ ЭЛЕКТРЛІК ҚАСИЕТТЕРІН ЗЕРТТЕУ

Бұл зерттеу Фурье түрлендіруші инфрақызыл спектроскопия (FTIR), рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS), Раман спектроскопиясы және сканерлеуші электронды микроскопия (SEM) әдістері арқылы мұқият сипатталған импеданс спектроскопиясын қолдана отырып, графен оксиді (ГО) және наноцеллюлоза (НЦ) композицияларының электрлік қасиеттерін зерттейді. FTIR талдауы ГО және НЦ құрамында болатын функционалдық топтарға сәйкес келетін сипаттамалық шыңдарды анықтады, бұл олардың химиялық құрамын түсінуге мүмкіндік берді. XPS спектрлері көміртегі мен оттегінің байланыс күйлерін көрсететін ерекше шыңдарды көрсетті, бұл материалдардың беттік химиясын сипаттауға мүмкіндік берді. Раман спектроскопиясы үлгілердің құрылымдық реті мен ақаулары туралы ақпарат беріп, әсіресе ГОның графиттік құрылымын ерекше атап өтті. SEM кескіндері композициялық мембрананың морфологиялық ерекшеліктерін ашып, НЦ бөлшектерінің таралуын және олардың қосылуынан туындаған құрылымдық модификацияларды көрсетті. ГО-НЦ композициясының электр өткізгіштігін зерттеу үшін импеданс спектроскопиясы қолданылды. Нәтижелер температураға тәуелді мінез-құлықты көрсетті: өткізгіштік отын элементтерінің жұмыс диапазонында температураның жоғарылауымен артты. Бір қызығы, НЦ қосу композицияның өткізгіштік қасиеттеріне айтарлықтай әсер етпеді, бұл материалдардың үйлесімділігі мен тұрақтылығын болжайды. Қорытындылай келе, көптеген аналитикалық әдістерді қолдана отырып жасалған бұл жан-жақты зерттеу ГО-НЦ композициясының электрлік қасиеттері туралы құнды мәліметтер береді. Нәтижелер бұл композицияның электр өткізгіштігін арттыруды қажет ететін әртүрлі қолданбаларда, әсіресе отын ұяшықтары технологиясында әлеуетті қолданылуын көрсетеді.

1. Yu W., Sisi L., Haiyan Y., Jie L. Progress in the functional modification of graphene/graphene oxide: A review. RSC advances, 2020, vol. 10, no. 26, pp.15328–15345.

2. Han B., Zou Y., Xu G., Hu S., Kang Y., Qian Y., Gu M. Additive stabilization of SEI on graphite observed using cryo-electron microscopy. Energy & Environmental Science, 2021, vol. 14, no. 9, pp. 4882–4889.

3. Li C., Chen X., Shen L., Bao N. Revisiting the oxidation of graphite: Reaction mechanism, chemical stability, and structure self-regulation. ACS omega, 2020, vol. 5, no. 7, pp. 3397–3404.

4. Sharma N., Swami S., Shrivastava V., Nair R., Shrivastava R. Graphene oxide and functionalized graphene oxide: Robust, 2D material as heterogeneous green catalyst for heterocyclic synthesis. Materials today: proceedings, 2021, vol. 43, pp. 3309–3317.

5. Alkhouzaam A., Qiblawey H., Khraisheh M., Atieh M., Al-Ghouti M. Synthesis of graphene oxides particle of high oxidation degree using a modified Hummers method. Ceramics International, 2020, vol. 46, no. 15, pp. 23997–24007.

6. Verma V., Gurnani L., Das A., Kumari N., Dasgupta T., Mukhopadhyay A. Reduced graphene oxides prepared via explosive and non-explosive thermal reduction: Structural evolution, functional properties and reinforcing efficacy. Carbon, 2023, vol. 209, p. 118007.

7. Liang K., Spiesz E.M., Schmieden D. T., Xu A.W., Meyer A.S., Aubin-Tam M.E. Bioproduced polymers self-assemble with graphene oxide into nanocomposite films with enhanced mechanical performance. ACS nano, 2020, vol.14, no.11, pp. 14731–14739.

8. Thomas R., Balachandran M. Luminescence and energy storage characteristics of coke-based graphite oxide. Materials Chemistry and Physics, 2021, vol. 257, p. 123854.

9. Han Z., Xiao X., Qu H., Hu M., Au C., Nashalian A., Chen J. Ultrafast and selective nanofiltration enabled by graphene oxide membranes with unzipped carbon nanotube networks. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, vol. 14, no. 1, pp. 1850–1860.

10. Cha M., Boo C., Song I.H., Park C. Investigating the potential of ammonium retention by graphene oxide ceramic nanofiltration membranes for the treatment of semiconductor wastewater. Chemosphere, 2022, vol. 286, p. 131745.

11. Yang K., Pan T., Hong S., Zhang K., Zhu X., Chen B. Ultrathin graphene oxide membrane with constructed tent-shaped structures for efficient and tunable molecular sieving. Environmental Science: Nano, 2020, vol. 7, no. 8, pp. 2373–2384.

12. Zhang W., Huang Q., Liu S., Zhang M., Liu G., Ma Z., Jin W. Graphene oxide membrane regulated by surface charges and interlayer channels for selective transport of monovalent ions over divalent ions. Separation and Purification Technology, 2022, vol. 291, p. 120938.

13. Keerthi A., Goutham S., You Y., Iamprasertkun P., Dryfe R.A., Geim A.K., Radha B. Water friction in nanofluidic channels made from two-dimensional crystals. Nature communications, 2021, vol. 12, no. 1, p. 3092.

14. Beroual M., Mehelli O., Boumaza L., Trache D., Tarchoun A.F., Derradji M., Khimeche K. Synthesis and characterization of microcrystalline cellulose from giant reed using different delignification processes. Materials Research and Applications: Select Papers from JCH8-2019, 2021, pp. 173–187.

15. Tshikovhi A., Mishra S.B., Mishra A.K. Nanocellulose-based composites for the removal of contaminants from wastewater. International Journal of Biological Macromolecules, 2020, vol. 152, pp. 616–632.

16. Fahma F., Febiyanti I., Lisdayana N., Arnata I.W., Sartika D. Nanocellulose as a new sustainable material for various applications: A reviewArchives of Materials Science and Engineering, 2021, vol. 109, no. 2, pp. 49–64.

17. Kawalerczyk J., Dziurka D., Mirski R., Szentner K. Properties of plywood produced with ureaformaldehyde adhesive modified with nanocellulose and microcellulose. Drvna industrija, 2020, vol. 71, no.1, pp. 61–67.

18. Wijesekara W.I., Gokila S., Gomathi T., Prasad S., Deepa M., & Sudha P.N. New Opportunities and Future Prospects. Nanobiomaterials: Research Trends and Applications, 2023, 314.

19. Zulaikha W., Hassan M.Z., & Ismail Z. Recent development of natural fibre for nanocellulose extraction and application. Materials Today: Proceedings, 2022, no. 66, pp. 2265–2273.

20. Xu T., Du H., Liu H., Liu W., Zhang X., Si C., ... & Zhang K. Advanced nanocellulose- based composites for flexible functional energy storage devices. Advanced materials, 2021, vol. 33, no. 48, p. 2101368.

21. Thomas P., Duolikun T., Rumjit N.P., Moosavi S., Lai C.W., Johan M.R.B., & Fen L.B. Comprehensive review on nanocellulose: Recent developments, challenges and future prospects. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 2020, no. 110, p. 103884.

22. Ahmed A., Adak B., Faruk M. O., & Mukhopadhyay S. Nanocellulose coupled 2D graphene nanostructures: Emerging paradigm for sustainable functional applications. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2021, vol. 60, no. 30, pp. 10882–10916.

23. Xu T., Du H., Liu H., Liu W., Zhang X., Si C. ... & Zhang, K. Advanced nanocellulose- based composites for flexible functional energy storage devices. Advanced materials, 2021, vol. 33, no. 48, p. 2101368.

24. Zhang K., Ketterle L., Järvinen T., Lorite G.S., Hong S., & Liimatainen H. (2020). Self-assembly of graphene oxide and cellulose nanocrystals into continuous filament via interfacial nanoparticle complexation. Materials & Design, 2020, no. 193, p. 108791.

25. Almasov N., Kurbanova B., Kuanyshbekov T., Akatan K., Kabdrakhmanova S. & Aimaganbetov K. Study of the structure and electrical properties of graphene oxide (GO) and graphene oxide+ nanocellulose (GO+ NC). Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra= Complex use of mineral resources, 2024, vol. 329, no. 2, pp. 103–109.

26. Ge X., Shan Y., Wu L., Mu X., Peng H., Jiang Y. High-strength and morphology-controlled aerogel based on carboxymethyl cellulose and graphene oxide. Carbohydr. Polym., 2018, no. 197, pp. 277–283.

27. Chen L., Li Y., Du Q., Wang Z., Xia Y., Yedinak E., Lou J., Ci L. High performance agar/graphene oxide composite aerogel for methylene blue removal. Carbohydr. Polym., 2017, no. 155, pp. 345–353.

28. Kuanyshbekov T., Guseinov N., Tolepov Zh., Kurbanova B., Tulegenova M., Akatan K., Kantay N., and Zhasasynov E. Thermally Reduced Graphene Oxide Membranes From Local Kazakhstan Graphite “Ognevsky”. ChemistrySelect 2023, no. 8, e202301746.

29. Mengke Zhao, Sufeng Zhang, Guigan Fang, Chen Huang and Ting Wu. Directionally-Grown Carboxymethyl Cellulose/Reduced Graphene Oxide Aerogel with Excellent Structure Stability and Adsorption Capacity. Polymers 2020, no.12, p. 2219. https://doi.org/10.3390/polym12102219.

30. Kuanyshbekov T., Sagdollin Z., Zhasasynov E., Akatan K., Kurbanova B., Guseinov N., Tolepov Z., Kantay N., Beisebekov M. Composite Membrane Based on Graphene Oxide and Carboxymethylcellulose from Local Kazakh Raw Materials for Possible Applications in Electronic Devices. J. Compos. Sci., 2023, no. 7, p. 342. https:// doi.org/10.3390/jcs7080342

31. Kuanyshbekov T.K., Akatan K., Kabdrakhmanova S.K., Nemkaeva R., Aitzhanov M., Imasheva A., Kairatuly E. (2021). Synthesis of graphene oxide from graphite by the hummers method. Oxidation Communications, 2021, 44, no. 2.