تقشير الجرافين ذو الأساس المائي
يسمح التقشير بالموجات فوق الصوتية بإنتاج طبقة قليلة من الجرافين دون استخدام مذيبات قاسية باستخدام الماء النقي فقط. صوتنة عالية الطاقة يفصل صفائح الجرافين في علاج قصير. يؤدي تجنب المذيبات إلى تحويل تقشير الجرافين إلى عملية خضراء ومستدامة.
إنتاج الجرافين عن طريق تقشير الطور السائل
يتم تصنيع الجرافين تجاريا عن طريق ما يسمى بتقشير المرحلة السائلة. يتطلب تقشير الطور السائل للجرافين استخدام مذيبات سامة وضارة بيئيا ومكلفة ، والتي تستخدم كمعالجة كيميائية مسبقة أو بالاشتراك مع? مع تقنية التشتت الميكانيكي. للتشتت الميكانيكي لألواح الجرافين ، تم تأسيس الموجات فوق الصوتية كتقنية موثوقة للغاية وفعالة وآمنة لإنتاج صفائح الجرافين عالية الجودة بكميات كبيرة على المستوى الصناعي الكامل. نظرا لأن استخدام المذيبات القاسية يكون مصحوبا دائما بالتكاليف والتلوث والإزالة المعقدة والتخلص منها ومخاوف السلامة بالإضافة إلى العبء البيئي ، فإن البديل غير السام والأكثر أمانا مفيد بشكل كبير. لذلك فإن تقشير الجرافين باستخدام الماء كمذيب والموجات فوق الصوتية للطاقة للتفريغ الميكانيكي لألواح الجرافين ذات الطبقات القليلة هو تقنية واعدة للغاية لتصنيع الجرافين الأخضر.
تشمل المذيبات الشائعة ، والتي غالبا ما تستخدم كمرحلة سائلة لتفريق صفائح الجرافين النانوية ، ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) ، N ، N-dimethylformamide (DMF) ، N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) ، رباعي ميثيل اليوريا (TMU) ، رباعي هيدروفوران (THF) ، كربونات البروبيلين (PC) ، الإيثانول ، والفورماميد.
كتقنية راسخة بالفعل على المدى الطويل لتقشير الجرافين على نطاق تجاري ، تمكن الموجات فوق الصوتية من إنتاج الجرافين عالي الجودة عالي النقاء بتكلفة منخفضة. نظرا لأن تقشير الجرافين بالموجات فوق الصوتية يمكن تحجيمه بالكامل إلى أي حجم ، يمكن تنفيذ عائد إنتاج رقائق الجرافين عالية الجودة بسهولة للإنتاج الضخم للجرافين.
UIP2000hdT هو مشتت بالموجات فوق الصوتية قوية 2kW لتقشير الجرافين والتشتت.
تقشير الجرافين بالموجات فوق الصوتية في الماء
Tyurnina et al. (2020) بالتحقيق في آثار السعة وكثافة الصوتنة على محاليل الجرافيت بالماء النقي وتقشير الجرافين الناتج. في الدراسة ، استخدموا Hielscher UP200S (200W ، 24kHz). تم تطبيق التقشير بالموجات فوق الصوتية باستخدام الماء كعملية خطوة واحدة لتفريغ طبقة قليلة من الجرافين. كانت المعالجة القصيرة ل 2h كافية لإنتاج طبقة قليلة من الجرافين في إعداد صوتنة دورق مفتوح.
تسلسل عالي السرعة (من a إلى f) من الإطارات يوضح التقشير الميكانيكي لرقائق الجرافيت في الماء باستخدام UP200s ، الموجات فوق الصوتية 24 كيلو هرتز مع سونوترودي 3 ملم. تظهر الأسهم مكان الانقسام (التقشير) مع فقاعات التجويف التي تخترق الانقسام.
تحسين تقشير الجرافين بالموجات فوق الصوتية
يمكن تحسين الإعداد بالموجات فوق الصوتية الذي يستخدمه Tyurnina et al. (2020) بسهولة لمزيد من الكفاءة والتقشير الأسرع باستخدام مفاعل مغلق بالموجات فوق الصوتية في وضع التدفق. تسمح المعالجة المضمنة بالموجات فوق الصوتية بمعالجة بالموجات فوق الصوتية أكثر اتساقا لجميع المواد الخام الجرافيت: تغذية محلول الجرافيت? الماء مباشرة في المساحة الضيقة للتجويف بالموجات فوق الصوتية ، ويصبح كل الجرافيت صوتيا بشكل موحد مما يؤدي إلى غلة عالية من رقائق الجرافين عالية الجودة.
أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher تسمح للسيطرة الدقيقة على جميع المعلمات المعالجة الهامة مثل السعة، والوقت? الاحتفاظ، ومدخلات الطاقة (Ws? مل)، والضغط، ودرجة الحرارة. يؤدي تحديد المعلمات المثلى بالموجات فوق الصوتية إلى أعلى إنتاجية وجودة وكفاءة شاملة.
كيف الموجات فوق الصوتية تعزيز تقشير الجرافين
عندما تقترن الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة بملاط من مسحوق الجرافيت والماء أو أي مذيب ، فإن القوى الميكانيكية، مثل القص العالي والاضطرابات الشديدة وفروق الضغط ودرجة الحرارة العالية تخلق ظروفا كثيفة الاستهلاك للطاقة. هذه الظروف كثيفة الاستهلاك للطاقة هي نتيجة لظاهرة التجويف الصوتي.
اقرأ المزيد عن التجويف بالموجات فوق الصوتية هنا!
تبدأ الموجات فوق الصوتية للطاقة في توسيع مسحوق الجرافيت ، حيث يتم ضغط السوائل بين طبقات الجرافين ، والتي يتكون منها الجرافيت. تقوم قوى القص بالموجات فوق الصوتية بتفكيك الصفائح المفردة من الجرافين وتفريقها على شكل رقائق جرافين في المحلول. للحصول على استقرار طويل الأجل للجرافين في الماء ، يلزم وجود خافض للتوتر السطحي.
ميكانيكية تقشير المرحلة السائلة بالموجات فوق الصوتية لتقشير الجرافين.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتقشير الجرافين
تم تصميم الميزات الذكية للموجات فوق الصوتية Hielscher لضمان عملية موثوقة، والنتائج القابلة للتكرار وسهولة الاستخدام. يمكن الوصول إلى إعدادات التشغيل والاتصال بها بسهولة عبر قائمة بديهية ، والتي يمكن الوصول إليها عبر شاشة رقمية ملونة تعمل باللمس وجهاز تحكم عن بعد في المتصفح. لذلك ، يتم تسجيل جميع ظروف المعالجة مثل الطاقة الصافية والطاقة الإجمالية والسعة والوقت والضغط ودرجة الحرارة تلقائيا على بطاقة SD مدمجة. يتيح لك ذلك مراجعة ومقارنة عمليات تشغيل الصوتنة السابقة وتحسين عملية تقشير الجرافين إلى أعلى كفاءة.
تستخدم أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher في جميع أنحاء العالم لتصنيع صفائح الجرافين عالية الجودة وأكاسيد الجرافين. Hielscher الموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن بسهولة تشغيل السعات العالية في التشغيل المستمر (24/7/365). يمكن بسهولة إنشاء سعات تصل إلى 200 ميكرومتر بشكل مستمر باستخدام sonotrodes القياسية (مجسات? قرون بالموجات فوق الصوتية و كاسكاترودستي إم). للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. نظرا لقوتها وقلة صيانتها ، يتم تثبيت أنظمة التقشير بالموجات فوق الصوتية الخاصة بنا بشكل شائع للتطبيقات الشاقة وفي البيئات الصعبة.
يتم بالفعل تثبيت المعالجات بالموجات فوق الصوتية Hielscher لتقشير الجرافين في جميع أنحاء العالم على نطاق تجاري. اتصل بنا الآن لمناقشة عملية تصنيع الجرافين الخاصة بك! سيسعد موظفونا ذوو الخبرة الجيدة بمشاركة المزيد من المعلومات حول عملية التقشير وأنظمة الموجات فوق الصوتية والتسعير!
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
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل? دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل? دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر? دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر? دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر? دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا!? اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
الأدب? المراجع
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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 المعرفة
ما هو الجرافين؟
الجرافين هو طبقة أحادية من sp2- ذرات الكربون المرتبطة. يوفر الجرافين خصائص مادية فريدة مثل مساحة سطح محددة كبيرة غير عادية (2620 م2g-1) ، خصائص ميكانيكية فائقة مع معامل يونغ 1 تيرا باسكال وقوة جوهرية تبلغ 130 جيجا باسكال ، موصلية إلكترونية عالية للغاية (حركة الإلكترون في درجة حرارة الغرفة من 2.5 × 105 سم2 V-1s-1) ، موصلية حرارية عالية جدا (أعلى من 3000 واط م كلفن-1)، على سبيل المثال لا الحصر. نظرا لخصائص المواد الفائقة ، يستخدم الجرافين بكثافة في تطوير وإنتاج البطاريات عالية الأداء وخلايا الوقود والخلايا الشمسية والمكثفات الفائقة ومخازن الهيدروجين والدروع الكهرومغناطيسية والأجهزة الإلكترونية. علاوة على ذلك ، يتم دمج الجرافين في العديد من المركبات النانوية والمواد المركبة كمادة مضافة معززة ، على سبيل المثال في البوليمرات والسيراميك والمصفوفات المعدنية. نظرا للتوصيل العالي ، يعد الجرافين مكونا مهما للدهانات والأحبار الموصلة.
يسمح التحضير السريع والآمن بالموجات فوق الصوتية للجرافين الخالي من العيوب بكميات كبيرة بتكاليف منخفضة بتوسيع تطبيقات الجرافين إلى المزيد والمزيد من الصناعات.
الجرافين عبارة عن طبقة من الكربون بسمك ذرة واحدة ، والتي يمكن وصفها بأنها بنية أحادية الطبقة أو ثنائية الأبعاد من الجرافين (طبقة واحدة من الجرافين = SLG). يحتوي الجرافين على مساحة سطح محددة كبيرة بشكل غير عادي وخصائص ميكانيكية فائقة (معامل يونغ 1 تيلوب باسكال وقوة جوهرية تبلغ 130 جيجا باسكال) ، ويوفر موصلية إلكترونية وحرارية رائعة ، وتنقل حامل الشحنة ، والشفافية ، وغير منفذ للغازات. نظرا لهذه الخصائص المادية ، يتم استخدام الجرافين كمادة مضافة معززة لإعطاء المركبات قوتها وموصليتها وما إلى ذلك. من أجل الجمع بين خصائص الجرافين والمواد الأخرى ، يجب تشتيت الجرافين في المركب أو تطبيقه كطلاء رقيق على الركيزة.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء! تغطي مجموعة منتجات Hielscher الطيف الكامل من جهاز الموجات فوق الصوتية للمختبر المضغوط على الوحدات ذات المقاعد البدلاء إلى أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية الكاملة.