تقشير الجرافين القائم على المياه
التقشير بالموجات فوق الصوتية يسمح لإنتاج الجرافين طبقة قليلة دون استخدام المذيبات القاسية باستخدام المياه النقية فقط. عالية الطاقة سونيكيشن delaminates أوراق الجرافين ضمن علاج قصير. تجنب المذيبات يتحول تقشير الجرافين في عملية خضراء ومستدامة.
إنتاج الجرافين عبر تقشير المرحلة السائل
يتم تصنيع الجرافين تجاريا عن طريق ما يسمى تقشير المرحلة السائلة. يتطلب تقشير المرحلة السائلة من الجرافين استخدام المذيبات السامة والمضرة بيئياً والمكلفة ، والتي تستخدم كمعالجة كيميائية قبل المعالجة أو في تركيبة مع تقنية التشتت الميكانيكية. للتشتت الميكانيكي لصفائح الجرافين ، تم تأسيس ultrasonication كتقنية عالية الاعتماد والكفاءة وآمنة لإنتاج أوراق الجرافين عالية الجودة بكميات كبيرة على مستوى الصناعة بالكامل. وبما أن استخدام المذيبات القاسية يصاحبه دائماً التكاليف والتلوث والإزالة المعقدة والتخلص منها، والمخاوف المتعلقة بالسلامة فضلاً عن العبء البيئي، فإن البديل غير السمية وأكثر أماناً مفيد إلى حد كبير. تقشير الجرافين باستخدام الماء كمذيبات والطاقة الموجات فوق الصوتية ل delamination الميكانيكية من أوراق الجرافين طبقة قليلة هو بالتالي تقنية واعدة للغاية لتصنيع الجرافين الأخضر.
المذيبات الشائعة ، والتي غالبا ما تستخدم كمرحلة سائلة لتفريق الجرافين نانوشير ، وتشمل ثنائيثيل السلفوكسيد (DMSO) ، ن ، ن - dimethylformamide (DMF) ، N -methyl-2-pyrrolidone (NMP) ، تترا ميثيل يوريا (TMU) ، تتراهيدروفوران (THF) ، بروبيلين كربونات أكسيد (PC) ، الإيثانول ، وformamide.
كتقنية راسخة بالفعل طويلة الأجل لت تقشير الجرافين على النطاق التجاري ، تمكن ultrasonication من إنتاج جرافين عالي الجودة عالي النقاء بتكلفة منخفضة. كما يمكن تقشير الجرافين بالموجات فوق الصوتية يمكن أن يكون خطيا تماما تحجيم أي حجم، يمكن أن يتم تنفيذ غلة إنتاج رقائق الجرافين عالية الجودة بسهولة لإنتاج كميات كبيرة من الجرافين.
ال UIP2000hdT هو 2kW تشتت الموجات فوق الصوتية قوية لقشر الجرافين والتشتت.
تقشير بالموجات فوق الصوتية من الجرافين في الماء
بحث Tyurnina وآخرون (2020) في آثار السعة وكثافة الصوتنة على حلول الجرافيت المياه النقية وتقشير الجرافين الناتج. في الدراسة، استخدموا هيلشر UP200S (200W، 24kHz و). تم تطبيق تقشير بالموجات فوق الصوتية باستخدام المياه كعملية خطوة واحدة لطبقة قليلة delamination الجرافين. وكان العلاج القصير من 2h كافية لإنتاج الجرافين طبقة قليلة في إعداد sonication الكوابر مفتوحة.
تسلسل عالي السرعة (من a إلى f) من الإطارات التي توضح تقشير سونو ميكانيكية لتقشر الجرافيت في الماء باستخدام UP200s ، وهو جهاز فوق الصوتي 24 كيلو هرتز مع سونوترودي 3 ملم. الأسهم تظهر مكان تقسيم (تقشير) مع فقاعات التجويف اختراق الانقسام.
© Tyurnina وآخرون 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
تحسين تقشير الجرافين بالموجات فوق الصوتية
الإعداد بالموجات فوق الصوتية المستخدمة من قبل Tyurnina وآخرون (2020) يمكن بسهولة الأمثل لمزيد من الكفاءة والتقشير أسرع باستخدام مفاعل بالموجات فوق الصوتية مغلقة في وضع تدفق من خلال. العلاج بالموجات فوق الصوتية مضمنة يسمح لمعالجة بالموجات فوق الصوتية أكثر اتساقا بكثير من جميع المواد الخام الجرافيت: تغذية الجرافيت / حل المياه مباشرة في المساحة المحصورة من التجويف بالموجات فوق الصوتية، وجميع الجرافيت يصبح sonicated بشكل موحد مما أدى إلى ارتفاع عائد من رقائق الجرافين عالية الجودة.
أنظمة Hielscher الفوق صوتيات تسمح لمراقبة دقيقة على جميع المعلمات المعالجة الهامة مثل السعة والوقت / الاحتفاظ، مدخلات الطاقة (WS / مل)، والضغط، ودرجة الحرارة. وضع المعلمات بالموجات فوق الصوتية الأمثل النتائج في أعلى عائد والجودة والكفاءة الشاملة.
كيف Ultrasonication تعزيز تقشير الجرافين
عندما تقترن موجات الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في الطين من مسحوق الجرافيت والماء أو أي مذيب، القوى سونوميشانية مثل القص العالي، والاضطرابات الشديدة وارتفاع درجات الضغط ودرجات الحرارة خلق ظروف مكثفة الطاقة. هذه الظروف الطاقة المكثفة هي نتيجة لظاهرة التجويف الصوتي. اقرأ المزيد عن التجويف بالموجات فوق الصوتية هنا!
يبدأ الموجات فوق الصوتية السلطة توسيع مسحوق الجرافيت ، حيث يتم الضغط على السوائل بين طبقات الجرافين ، والتي يتكون منها الجرافيت. القص بالموجات فوق الصوتية قوات delaminate ورقة واحدة من الجرافين وتفريقها كما رقائق الجرافين في الحل. للحصول على استقرار طويل الأجل من الجرافين في الماء، مطلوب السطحي.
Mechnism من تقشير المرحلة السائلة بالموجات فوق الصوتية من تقشير الجرافين.
دراسة وصورة من قبل Tyurnina وآخرون، 2021.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء ل تقشير الجرافين
تم تصميم الميزات الذكية من الموجات فوق الصوتية Hielscher لضمان عملية موثوق بها، والنتائج استنساخ وسهولة الاستخدام. يمكن الوصول إلى الإعدادات التشغيلية بسهولة والاتصال بها عبر القائمة البديهية ، والتي يمكن الوصول إليها عن طريق شاشة اللمس الرقمية بالألوان والتحكم عن بعد بالمتصفح. لذلك، يتم تسجيل جميع ظروف المعالجة مثل الطاقة الصافية والطاقة الكلية والسعة والوقت والضغط ودرجة الحرارة تلقائيًا على بطاقة SD المدمجة. هذا يسمح لك لمراجعة ومقارنة الصوتيات السابقة ويدير لتحسين عملية تقشير الجرافين إلى أعلى كفاءة.
وتستخدم أنظمة Hielscher الفوق صوتيات في جميع أنحاء العالم لتصنيع أوراق الجرافين عالية الجودة وأكاسيد الجرافين. Hielscher أولتراسونيكاتورس الصناعية يمكن تشغيل بسهولة السعات العالية في عملية مستمرة (24/7/365). يمكن بسهولة توليد السعات تصل إلى 200μm بشكل مستمر مع سونوتروديس القياسية (المسابير بالموجات فوق الصوتية / قرون و الكهب الزبالةTm). للحصول على السعات أعلى، sonotrodes الموجات فوق الصوتية المخصصة المتاحة. نظرا لمتانة وصيانة منخفضة، يتم تثبيت أنظمة التقشير بالموجات فوق الصوتية لدينا عادة لتطبيقات الثقيلة وفي بيئات تطالب.
Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية لقشر الجرافين مثبتة بالفعل في جميع أنحاء العالم على نطاق تجاري. اتصل بنا الآن لمناقشة عملية تصنيع الجرافين الخاص بك! سيكون من دواعي سرور موظفينا ذوي الخبرة لتبادل المزيد من المعلومات عن عملية التقشير، ونظم الموجات فوق الصوتية والتسعير!
الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا:
| دفعة حجم | معدل المد و الجزر | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500ML | 10 إلى 200ML / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000ML | 20 إلى 400ML / دقيقة | Uf200 ः ر، UP400St |
| 00.1 إلى 20L | 00.2 إلى 4L / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L / دقيقة | UIP4000hdT |
| زمالة المدمنين المجهولين | 10 إلى 100L / دقيقة | UIP16000 |
| زمالة المدمنين المجهولين | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية لخلط التطبيقات، تشتت، استحلاب واستخراج على المختبر، والطيارية ومقياس الصناعية.
الأدب / المراجع
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
حقائق تستحق العلم
الجرافين
الجرافين هو أحادي الطبقة من س2ذرات الكربون -bonded. الجرافين يوفر خصائص المواد الفريدة مثل مساحة محددة كبيرة غير عادية (2620 م2ز-1)، والخصائص الميكانيكية الفائقة مع معامل يونج (أ) من 1 طن سنويا والقوة الكامنة في 130 برنامج العمل العالمي، وتوصيل كهربي مرتفع للغاية (درجة حرارة الغرفة التنقل الإلكترون 2.5 × 105 سم2 الخامس-1الصورة-1)، والموصلية الحرارية العالية جدا (أكثر من 3000 W م K-1)، على سبيل المثال أهم خصائص. وذلك بسبب خصائصه مواد متفوقة، يتم استخدام الجرافين بشكل كبير في تطوير وإنتاج بطاريات عالية الأداء، وخلايا الوقود، والخلايا الشمسية، supercapacitor والمستودعات الهيدروجين، والدروع الكهرومغناطيسية والأجهزة الإلكترونية. وعلاوة على ذلك، أدرج الجرافين في العديد من النانوية والمواد المركبة كما يعزز المضافة، على سبيل المثال، في البوليمرات والسيراميك والمعادن المصفوفات. بسبب الموصلية عالية، الجرافين هو عنصر هام من الدهانات موصل والأحبار.
وسريعة وآمنة إعداد بالموجات فوق الصوتية من الجرافين خالية من العيوب في كميات كبيرة بتكاليف منخفضة تسمح لتوسيع تطبيقات الجرافين إلى المزيد والمزيد من الصناعات.
الجرافين هو عبارة عن طبقة سميكة من الكربون ذرة واحدة ، والتي يمكن وصفها بأنها بنية أحادية الطبقة أو ثنائية الأبعاد من الجرافين (طبقة واحدة من الجرافين = SLG). يحتوي الجرافين على مساحة سطح كبيرة بشكل غير عادي وخصائص ميكانيكية فائقة (معامل يوبا 1 TPa والقوة الجوهرية لـ 130 جي بي أيه) ، ويوفر التوصيلية الإلكترونية والحرارية الكبيرة ، وحركة شحن الشحنة ، والشفافية ، وغير منفذة للغازات. نظرًا لخصائص هذه المواد ، يُستخدم الجرافين كإضافة مُعززة لإعطاء المركب قوته وموصله ، وما إلى ذلك. ومن أجل دمج خصائص الجرافين مع مواد أخرى ، يجب تشتيت الجرافين في المركب أو يتم تطبيقه كطلاء غشاء رقيق على الركيزة.
الفوق صوتيات عالية الأداء! تغطي مجموعة منتجات Hielscher الطيف الكامل من جهاز ultrasonicator مختبر مدمج فوق وحدات مقاعد البدلاء إلى أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية الكاملة.