रासायनिक ऑक्सिडेशन पद्धत ही विस्तारक्षम ग्रॅफाइट तयार करण्याची एक पारंपरिक पद्धत आहे. या पद्धतीत, नैसर्गिक फ्लेक ग्रॅफाइटमध्ये योग्य ऑक्सिडंट आणि इंटरकॅलेटिंग एजंट मिसळले जातात, एका विशिष्ट तापमानावर नियंत्रित केले जाते, सतत ढवळले जाते आणि विस्तारक्षम ग्रॅफाइट मिळवण्यासाठी धुतले, गाळले व वाळवले जाते. साधी उपकरणे, सोयीस्कर कार्यप्रणाली आणि कमी खर्च या फायद्यांमुळे रासायनिक ऑक्सिडेशन पद्धत उद्योगात एक तुलनेने प्रस्थापित पद्धत बनली आहे.
रासायनिक ऑक्सिडीकरणाच्या प्रक्रियेच्या टप्प्यांमध्ये ऑक्सिडीकरण आणि इंटरकॅलेशन यांचा समावेश होतो. ग्रॅफाइटचे ऑक्सिडीकरण ही विस्तारक्षम ग्रॅफाइटच्या निर्मितीसाठी मूलभूत अट आहे, कारण इंटरकॅलेशन अभिक्रिया सुरळीतपणे पार पडेल की नाही हे ग्रॅफाइटच्या थरांमधील मोकळ्या जागेच्या प्रमाणावर अवलंबून असते. तसेच, सामान्य तापमानाला नैसर्गिक ग्रॅफाइटमध्ये उत्कृष्ट स्थिरता आणि आम्ल व अल्कली प्रतिरोधकता असते, त्यामुळे ते आम्ल आणि अल्कलीसोबत अभिक्रिया करत नाही. म्हणूनच, रासायनिक ऑक्सिडीकरणामध्ये ऑक्सिडीकारकाचा वापर हा एक आवश्यक आणि महत्त्वाचा घटक बनला आहे.
ऑक्सिडीकारकांचे अनेक प्रकार आहेत, सामान्यतः वापरले जाणारे ऑक्सिडीकारक हे घन ऑक्सिडीकारक (जसे की पोटॅशियम परमँगनेट, पोटॅशियम डायक्रोमेट, क्रोमियम ट्रायऑक्साइड, पोटॅशियम क्लोरेट, इत्यादी) असतात, तसेच काही ऑक्सिडीकारक द्रव ऑक्सिडीकारक (जसे की हायड्रोजन पेरॉक्साइड, नायट्रिक आम्ल, इत्यादी) देखील असू शकतात. अलिकडच्या वर्षांत असे आढळून आले आहे की विस्तारक्षम ग्रॅफाइट तयार करण्यासाठी पोटॅशियम परमँगनेट हा मुख्य ऑक्सिडीकारक म्हणून वापरला जातो.
ऑक्सिडायझरच्या क्रियेमुळे, ग्रॅफाइटचे ऑक्सिडेशन होते आणि ग्रॅफाइटच्या थरातील न्यूट्रल नेटवर्क मॅक्रोमोलेक्यूल्स हे धन प्रभार असलेले प्लेनर मॅक्रोमोलेक्यूल्स बनतात. समान धन प्रभाराच्या प्रतिकारक प्रभावामुळे, ग्रॅफाइटच्या थरांमधील अंतर वाढते, ज्यामुळे इंटरकॅलेटरला ग्रॅफाइटच्या थरात सहजपणे प्रवेश करण्यासाठी एक मार्ग आणि जागा उपलब्ध होते. विस्तारक्षम ग्रॅफाइटच्या निर्मिती प्रक्रियेत, इंटरकॅलेटिंग एजंट प्रामुख्याने आम्ल असतो. अलिकडच्या वर्षांत, संशोधक प्रामुख्याने सल्फ्यूरिक आम्ल, नायट्रिक आम्ल, फॉस्फोरिक आम्ल, परक्लोरिक आम्ल, मिश्र आम्ल आणि ग्लेशियल ॲसिटिक आम्ल वापरतात.
इलेक्ट्रोकेमिकल पद्धत स्थिर विद्युत प्रवाहात वापरली जाते, ज्यात इलेक्ट्रोलाइट म्हणून जलीय द्रावणाचा वापर केला जातो. ग्रॅफाइट आणि धातूंचे पदार्थ (स्टेनलेस स्टील, प्लॅटिनम, शिसे, टायटॅनियम इत्यादी) मिळून एक संयुक्त ॲनोड तयार करतात, आणि इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ठेवलेले धातूंचे पदार्थ कॅथोड म्हणून वापरले जातात, ज्यामुळे एक बंद लूप तयार होतो; किंवा इलेक्ट्रोलाइटमध्ये निलंबित केलेले ग्रॅफाइट, इलेक्ट्रोलाइटमध्ये एकाच वेळी ऋण आणि धन प्लेटवर ठेवले जाते, आणि दोन्ही इलेक्ट्रोड्सना ऊर्जा देऊन ॲनोडिक ऑक्सिडेशन केले जाते. ग्रॅफाइटच्या पृष्ठभागाचे ऑक्सिडेशन होऊन कार्बोनियम आयन तयार होतात. त्याच वेळी, स्थिरविद्युत आकर्षण आणि सांद्रता फरकाच्या प्रसाराच्या एकत्रित क्रियेमुळे, आम्ल आयन किंवा इतर ध्रुवीय इंटरकॅलंट आयन ग्रॅफाइटच्या थरांमध्ये अंतर्भूत होऊन विस्तारक्षम ग्रॅफाइट तयार होते.
रासायनिक ऑक्सिडेशन पद्धतीच्या तुलनेत, विस्तारक्षम ग्रॅफाइट तयार करण्याच्या इलेक्ट्रोकेमिकल पद्धतीमध्ये संपूर्ण प्रक्रियेत ऑक्सिडायझरचा वापर होत नाही, प्रक्रियेचे प्रमाण जास्त असते, क्षरणकारी पदार्थांचे अवशिष्ट प्रमाण कमी असते, अभिक्रियेनंतर इलेक्ट्रोलाइटचा पुनर्वापर करता येतो, ॲसिडचे प्रमाण कमी होते, खर्चाची बचत होते, पर्यावरण प्रदूषण कमी होते, उपकरणांचे नुकसान कमी होते आणि सेवा आयुष्य वाढते. अलिकडच्या वर्षांत, अनेक फायद्यांमुळे इलेक्ट्रोकेमिकल पद्धत ही विस्तारक्षम ग्रॅफाइट तयार करण्यासाठी अनेक उद्योगांद्वारे हळूहळू पसंतीची पद्धत बनली आहे.
वायू-अवस्थेतील विसरण पद्धतीमध्ये, इंटरकॅलेटरचा वायू स्वरूपातील ग्रॅफाइटशी संपर्क साधून आणि आंतर-संक्रमण अभिक्रिया घडवून विस्तारक्षम ग्रॅफाइट तयार केले जाते. सामान्यतः, ग्रॅफाइट आणि इन्सर्ट उष्णतारोधक काचेच्या रिॲक्टरच्या दोन्ही टोकांना ठेवले जातात, आणि व्हॅक्यूम पंप करून सील केले जाते, म्हणून या पद्धतीला द्वि-कक्षा पद्धत असेही म्हटले जाते. उद्योगात हॅलाइड-ईजी आणि अल्कली धातू-ईजी यांचे संश्लेषण करण्यासाठी ही पद्धत अनेकदा वापरली जाते.
फायदे: रिॲक्टरची रचना आणि क्रम नियंत्रित केला जाऊ शकतो, आणि अभिकारके व उत्पादने सहजपणे वेगळी करता येतात.
तोटे: अभिक्रिया उपकरण अधिक गुंतागुंतीचे असते, त्याचे संचालन अधिक कठीण असते, त्यामुळे उत्पादन मर्यादित असते, तसेच अभिक्रिया उच्च तापमानाच्या परिस्थितीत करावी लागत असल्याने वेळ जास्त लागतो आणि अभिक्रियेसाठीची परिस्थिती अत्यंत उच्च असते, तयारीचे वातावरण निर्वात असणे आवश्यक असते, त्यामुळे उत्पादन खर्च तुलनेने जास्त असतो, मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी हे योग्य नाही.
मिश्र द्रव प्रावस्था पद्धतीमध्ये, प्रसरणशील ग्रॅफाइट तयार करण्यासाठी, उष्णता अभिक्रियेकरिता निष्क्रिय वायूच्या गतिशीलतेचे किंवा सीलबंद प्रणालीचे संरक्षण करून, घातलेला पदार्थ थेट ग्रॅफाइटमध्ये मिसळला जातो. ही पद्धत सामान्यतः अल्कली धातू-ग्रॅफाइट आंतरस्तरीय संयुगांच्या (GICs) संश्लेषणासाठी वापरली जाते.
फायदे: अभिक्रिया प्रक्रिया सोपी आहे, अभिक्रियेचा वेग जास्त आहे, ग्रॅफाइट कच्चा माल आणि अंतर्भूत घटकांचे प्रमाण बदलून विस्तारक्षम ग्रॅफाइटची विशिष्ट रचना आणि संरचना साधता येते, जे मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी अधिक योग्य आहे.
तोटे: तयार झालेले उत्पादन अस्थिर असते, GIC च्या पृष्ठभागाला चिकटलेल्या मुक्त अंतर्भूत पदार्थाला हाताळणे कठीण असते आणि मोठ्या प्रमाणात संश्लेषण करताना ग्रॅफाइट इंटरलॅमेलर संयुगांची सुसंगतता सुनिश्चित करणे कठीण असते.
वितळवण्याच्या पद्धतीमध्ये, ग्राफाईटला इंटरकॅलेटिंग मटेरियलसोबत मिसळून उष्णता दिली जाते, ज्यामुळे प्रसरणशील ग्राफाईट तयार होते. युटेक्टिक घटक प्रणालीचा वितळणांक (प्रत्येक घटकाच्या वितळणांकापेक्षा कमी) कमी करू शकतात या वस्तुस्थितीवर आधारित, ही एक अशी पद्धत आहे ज्यामध्ये ग्राफाईटच्या थरांमध्ये एकाच वेळी दोन किंवा अधिक पदार्थ (जे वितळलेल्या क्षारांची प्रणाली तयार करण्यास सक्षम असले पाहिजेत) घालून त्रिक किंवा बहुघटक GICs तयार केले जातात. सामान्यतः मेटल क्लोराईड - GICs च्या निर्मितीमध्ये वापरली जाते.
फायदे: संश्लेषित उत्पादनात चांगली स्थिरता असते, ते धुण्यास सोपे असते, अभिक्रिया उपकरण साधे असते, अभिक्रियेचे तापमान कमी असते, वेळ कमी लागतो आणि ते मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी योग्य आहे.
तोटे: अभिक्रिया प्रक्रियेमध्ये उत्पादनाच्या क्रमबद्ध संरचनेवर आणि रचनेवर नियंत्रण ठेवणे कठीण असते आणि मोठ्या प्रमाणावरील संश्लेषणात उत्पादनाच्या क्रमबद्ध संरचनेची आणि रचनेची सुसंगतता सुनिश्चित करणे कठीण असते.
दाबयुक्त पद्धतीमध्ये, ग्रॅफाइट मॅट्रिक्समध्ये अल्कलाइन अर्थ मेटल आणि रेअर अर्थ मेटल पावडर मिसळून, दाबयुक्त परिस्थितीत अभिक्रिया घडवून एम-जीआयसीएस (M-GICS) तयार केले जाते.
तोटे: जेव्हा धातूचा बाष्प दाब एका विशिष्ट मर्यादेपेक्षा जास्त असतो, तेव्हाच अंतर्वेशन अभिक्रिया केली जाऊ शकते; तथापि, तापमान खूप जास्त असल्यामुळे धातू आणि ग्रॅफाइटमध्ये कार्बाइड तयार होऊन नकारात्मक अभिक्रिया होण्याची शक्यता असते, म्हणून अभिक्रियेचे तापमान एका विशिष्ट मर्यादेत नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. दुर्मिळ मृदा धातूंचे अंतर्वेशन तापमान खूप जास्त असते, त्यामुळे अभिक्रियेचे तापमान कमी करण्यासाठी दाब देणे आवश्यक असते. ही पद्धत कमी वितळणबिंदू असलेल्या धातू-जीआयसीएसच्या (metal-GICS) निर्मितीसाठी योग्य आहे, परंतु उपकरणे गुंतागुंतीची आहेत आणि वापराच्या आवश्यकता कठोर आहेत, त्यामुळे सध्या तिचा वापर क्वचितच केला जातो.
स्फोटक पद्धतीमध्ये सामान्यतः ग्रॅफाइट आणि KClO4, Mg(ClO4)2·nH2O, Zn(NO3)2·nH2O यांसारखे विस्तारक किंवा तयार केलेली मिश्रणे वापरली जातात. जेव्हा ते गरम केले जाते, तेव्हा ग्रॅफाइटमध्ये एकाच वेळी ऑक्सिडेशन आणि कॅम्बियम संयुगासोबत इंटरकॅलेशन अभिक्रिया होते, ज्यामुळे ते "स्फोटक" पद्धतीने विस्तारित होते आणि विस्तारित ग्रॅफाइट मिळते. जेव्हा विस्तारक म्हणून धातूच्या क्षाराचा वापर केला जातो, तेव्हा उत्पादन अधिक जटिल असते, ज्यामध्ये केवळ विस्तारित ग्रॅफाइटच नव्हे, तर धातू देखील असतो.
