أكسيد الجرافين – التقشير بالموجات فوق الصوتية والتشتت
التقشير بالموجات فوق الصوتية هو تقنية مستخدمة على نطاق واسع لإنتاج أكسيد الجرافين عن طريق تكسير أكسيد الجرافيت إلى صفائح جرافين رقيقة أو أحادية الطبقة أو قليلة الطبقة. تخلق صوتيات Hielscher تجويفا صوتيا مكثفا ، حيث تولد الموجات فوق الصوتية كثيفة الطاقة فقاعات دقيقة عالية الطاقة في وسط سائل. تخلق هذه الفقاعات المنهارة قوى قص تفصل طبقات أكسيد الجرافيت ، وتقشرها بشكل فعال إلى صفائح نانوية من أكسيد الجرافين. الاستفادة من الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لرفع التطبيق القائم على أكسيد الجرافين إلى المستوى التالي!
تقشير بالموجات فوق الصوتية لأكسيد الجرافين
أكسيد الجرافين قابل للذوبان في الماء ، والبرمائيات ، وغير سام ، وقابل للتحلل البيولوجي ويمكن تشتيته بسهولة في الغرويات المستقرة. التقشير والتشتت بالموجات فوق الصوتية هو وسيلة فعالة للغاية وسريعة وفعالة من حيث التكلفة لتوليف وتفريق وتشغيل أكسيد الجرافين على نطاق صناعي. في المعالجة النهائية ، تنتج المشتتات بالموجات فوق الصوتية مركبات أكسيد الجرافين والبوليمر عالية الأداء.
مزايا التقشير بالموجات فوق الصوتية
يوفر التقشير بالموجات فوق الصوتية العديد من المزايا ، بما في ذلك البساطة وقابلية التوسع والود البيئي ، لأنه لا يتطلب عادة مواد كيميائية قاسية أو معالجة معقدة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يتيح التحكم الدقيق في حجم وسمك صفائح أكسيد الجرافين النانوية ، وهو أمر بالغ الأهمية لضبط خصائصها في التطبيقات المختلفة.
صوتي صناعي UIP16000hdT لتقشير أكسيد الجرافين بإنتاجية عالية
البروتوكول: تقشير أكسيد الجرافين بالموجات فوق الصوتية
من أجل التحكم في حجم صفائح أكسيد الجرافين النانوية (GO) ، تلعب طريقة التقشير عاملا رئيسيا. نظرا لمعلمات العملية التي يمكن التحكم فيها بدقة ، فإن التقشير بالموجات فوق الصوتية هو تقنية التفريغ الأكثر استخداما لإنتاج الجرافين عالي الجودة وأكسيد الجرافين.
لتقشير أكسيد الجرافين بالموجات فوق الصوتية من أكسيد الجرافيت تتوفر بروتوكولات مختلفة. ابحث عن بروتوكول مثالي لتقشير أكسيد الجرافين بالموجات فوق الصوتية أدناه:
يتم خلط مسحوق أكسيد الجرافيت في KOH المائي مع قيمة الرقم الهيدروجيني 10. للتقشير والتشتت اللاحق ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار UP200St (200W). بعد ذلك ، يتم ربط أيونات K + على المستوى القاعدي للجرافين للحث على عملية الشيخوخة. يتم تحقيق الشيخوخة تحت التبخر الدوار (2 ساعة). من أجل إزالة أيونات K + الزائدة ، يتم غسل المسحوق والطرد المركزي عدة مرات.
يتم طرد الخليط الذي تم الحصول عليه بالطرد المركزي وتجفيفه بالتجميد ، بحيث يترسب مسحوق أكسيد الجرافين القابل للتشتت.
تحضير معجون أكسيد الجرافين الموصل: يمكن تشتيت مسحوق أكسيد الجرافين في ثنائي ميثيل فورماميد (DMF) تحت صوتنة من أجل إنتاج عجينة موصلة. (هان وآخرون 2014)
آلية تقشير أكسيد الجرافين بالموجات فوق الصوتية
(الصورة: بوتس وآخرون 2011)
وظائف بالموجات فوق الصوتية من أكسيد الجرافين
يتم استخدام Sonication بنجاح لدمج أكسيد الجرافين (GO) في البوليمرات والمركبات.
امثله:
- أكسيد الجرافين - TiO2 مركب المجهرية
- مركب أكسيد البوليسترين - المغنتيت - الجرافين (هيكل أساسي - غلاف)
- مركبات أكسيد الجرافين المختزلة بالبوليسترين
- البوليانيلين البوليسترين المطلي بالألياف النانوية / أكسيد الجرافين (PANI-PS / GO) مركب الغلاف الأساسي
- أكسيد الجرافين المقحم بالبوليسترين
- P-فينيلين ديامين -4 فينيل بنزين - بوليسترين أكسيد الجرافين المعدل
الموجات فوق الصوتية UP400St لإعداد مشتتات الصفائح النانوية الجرافين
تطبيقات أكسيد الجرافين الناتج عن التقشير بالموجات فوق الصوتية
أكسيد الجرافين المنتج عن طريق التقشير بالموجات فوق الصوتية له تطبيقات واسعة في مجالات متنوعة. في الإلكترونيات ، يتم استخدامه في الأفلام وأجهزة الاستشعار الموصلة المرنة. في تخزين الطاقة ، يعزز أداء البطاريات والمكثفات الفائقة. خصائص أكسيد الجرافين المضادة للبكتيريا تجعله ذا قيمة في التطبيقات الطبية الحيوية ، في حين أن مساحة سطحه العالية ومجموعاته الوظيفية مفيدة في الحفز والمعالجة البيئية. بشكل عام ، يسهل التقشير بالموجات فوق الصوتية الإنتاج الفعال لأكسيد الجرافين عالي الجودة لاستخدامه في التقنيات المتطورة.
Sonicators لمعالجة الجرافين وأكسيد الجرافين
Hielscher الفوق صوتيات يقدم أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة لتقشير، تفريق، ومعالجة الجرافين وأكسيد الجرافين. توفر المعالجات بالموجات فوق الصوتية الموثوقة والمفاعلات المتطورة تحكما دقيقا ، مما يتيح ضبط عمليات الموجات فوق الصوتية لتحقيق الأهداف المرجوة.
إحدى المعلمات الحاسمة هي السعة فوق الصوتية ، والتي تحدد التمدد والانكماش الاهتزازي للمسبار بالموجات فوق الصوتية. الموجات فوق الصوتية الصناعية Hielscher تقديم السعات العالية، تصل إلى 200μm، تعمل بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر تحقيقات بالموجات فوق الصوتية المخصصة. يمكن ضبط جميع المعالجات بدقة وفقا لظروف المعالجة ومراقبتها عبر برنامج مدمج ، مما يضمن الموثوقية والجودة المتسقة والنتائج القابلة للتكرار.
صوتيات Hielscher قوية ويمكن أن تعمل بشكل مستمر في البيئات الشاقة، مما يجعل صوتنة تكنولوجيا الإنتاج المفضلة على نطاق واسع الجرافين، أكسيد الجرافين، وإعداد المواد الجرافيتية.
مجموعة واسعة من المنتجات من الموجات فوق الصوتية وملحقاتها ، بما في ذلك sonotrodes والمفاعلات مع مختلف الأحجام والهندسة ، يسمح باختيار ظروف وعوامل التفاعل المثلى ، مثل الكواشف ، ومدخلات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، والضغط ، ودرجة الحرارة ، ومعدل التدفق ، لتحقيق أعلى جودة. يمكن لمفاعلات الموجات فوق الصوتية في Hielscher أن تضغط حتى عدة مئات من القضبان ، مما يتيح صوتنة المعاجين عالية اللزوجة ذات اللزوجة التي تتجاوز 250000 سنتيمتر.
التفريغ بالموجات فوق الصوتية والتقشير تتفوق التقنيات التقليدية بسبب هذه العوامل.
- قوة عالية
- قوى القص العالية
- ضغوط عالية قابلة للتطبيق
- تحكم دقيق
- قابلية تطوير سلسة (خطية)
- دفعة ومستمرة
- نتائج قابلة للتكرار
- موثوقيه
- متانه
- كفاءة عالية في استخدام الطاقة
نظام الموجات فوق الصوتية لتقشير أكسيد الجرافين
لمعرفة المزيد حول تخليق الجرافين بالموجات فوق الصوتية والتشتت والوظائف ، يرجى النقر هنا:
- إنتاج الجرافين
- الجرافين النانوية
- تقشير الجرافين ذو الأساس المائي
- الجرافين القابل للتشتت بالماء
- أكسيد الجرافين
- زينيس
حقائق تستحق المعرفة
الموجات فوق الصوتية والتجويف: كيف يتم تقشير الجرافيت إلى أكسيد الجرافين باستخدام Sonication؟
يعتمد التقشير بالموجات فوق الصوتية لأكسيد الجرافيت (GrO) على قوة القص العالية الناتجة عن التجويف الصوتي. ينشأ التجويف الصوتي بسبب دورات الضغط العالي / الضغط المنخفض المتناوبة ، والتي يتم إنشاؤها عن طريق اقتران الموجات فوق الصوتية القوية في السائل. خلال دورات الضغط المنخفض تحدث فراغات صغيرة جدا أو فقاعات فراغ ، والتي تنمو على مدى دورات الضغط المنخفض بالتناوب. عندما تصل فقاعات الفراغ إلى حجم لا يمكنها فيه امتصاص المزيد من الطاقة ، فإنها تنهار بعنف أثناء دورة الضغط العالي. ينتج عن انفجار الفقاعة قوى قص التجويف وموجات الإجهاد ، ودرجة حرارة قصوى تصل إلى 6000 كلفن ، ومعدلات تبريد شديدة أعلى من 1010K / s ، ضغوط عالية جدا تصل إلى 2000 ضغط جوي ، فروق ضغط شديد بالإضافة إلى نفاثات سائلة تصل إلى 1000 كم / ساعة (∼280 م / ث).
تؤثر هذه القوى الشديدة على مداخن الجرافيت ، التي يتم تفكيكها إلى أكسيد الجرافين أحادي الطبقة أو قليل الطبقة وصفائح الجرافين النانوية البكر.
ما هو أكسيد الجرافين؟
يتم تصنيع أكسيد الجرافين (GO) عن طريق تقشير أكسيد الجرافيت (GrO). في حين أن أكسيد الجرافيت هو مادة 3D تتكون في ملايين الطبقات من طبقات طبقات الجرافين مع الأكسجين المقحم ، فإن أكسيد الجرافين هو جرافين أحادي أو قليل الطبقة مؤكسج على كلا الجانبين.
يختلف أكسيد الجرافين والجرافين عن بعضهما البعض في الخصائص التالية: أكسيد الجرافين قطبي ، بينما الجرافين غير قطبي. أكسيد الجرافين محب للماء ، بينما الجرافين كاره للماء.
هذا يعني أن أكسيد الجرافين قابل للذوبان في الماء ، والبرمائيات ، وغير سام ، وقابل للتحلل البيولوجي ويشكل معلقات غروانية مستقرة. يحتوي سطح أكسيد الجرافين على مجموعات الإيبوكسي والهيدروكسيل والكربوكسيل المتاحة للتفاعل مع الكاتيونات والأنيونات. نظرا لهيكلها الهجين العضوي وغير العضوي الفريد وخصائصها الاستثنائية ، توفر مركبات GO-polymer إمكانات عالية للتطبيقات الصناعية المتعددة. (تولاس وآخرون 2014)
ما هو أكسيد الجرافين المختزل؟
يتم إنتاج أكسيد الجرافين المختزل (rGO) عن طريق الاختزال بالموجات فوق الصوتية أو الكيميائية أو الحرارية لأكسيد الجرافين. أثناء خطوة الاختزال ، تتم إزالة معظم وظائف الأكسجين لأكسيد الجرافين بحيث يكون لأكسيد الجرافين المختزل الناتج (rGO) خصائص مشابهة جدا للجرافين البكر. ومع ذلك ، فإن أكسيد الجرافين المختزل (rGO) ليس خاليا من العيوب ونقيا مثل الجرافين النقي.
الأدب / المراجع
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.