Qrafen nanoplateletləri (GNPs) sonikatorlardan istifadə edərək yüksək səmərəlilik və etibarlılıqla sintez edilə və səpələnə bilər. Yüksək intensivlikli ultrasəs qrafiti aşındırmaq və tez-tez qrafen nanoplateletləri adlanan bir neçə qatlı qrafen əldə etmək üçün istifadə olunur. Sonication həm aşağı, həm də yüksək viskoz süspansiyonlarda əla qrafen nanoplatelet paylanmasına nail olmaqda üstündür.

Qrafen Nanoplatelet Emalı – Sonication ilə Üstün Nəticələr

Qrafen nanoplatelet emalı üçün zond tipli sonikatorlar ən səmərəli, etibarlı və istifadəsi asan vasitədir. Ultrasonikasiya qrafen nanoplateletlərinin sintezi, dispersiyası və funksionallaşdırılması üçün tətbiq oluna bildiyi üçün sonikatorlar qrafenlə əlaqəli çoxsaylı tətbiqlər üçün istifadə olunur:

• Eksfoliasiya və sintez Zond tipli sonikatorlar qrafiti bir neçə qatlı qrafen və ya qrafen nanoplateletlərə aşındırmaq üçün istifadə olunur. Yüksək intensivlikli ultrasəsləmə təbəqələrarası qüvvələri pozur və qrafiti daha kiçik, fərdi qrafen təbəqələrinə parçalayır.
• Dağılışma: Maye mühitdə qrafen nanoplateletlərinin vahid dispersiyasına nail olmaq qrafenlə əlaqəli bütün tətbiqlər üçün çox vacibdir. Zond tipli sonikatorlar nanoplateletləri maye boyunca bərabər şəkildə yayaraq, yığılmanın qarşısını alır və sabit asqı təmin edir.
• Funksionalizasiya: Sonikasiya, funksional qrupların və ya molekulların səthlərinə yapışmasını təşviq edərək qrafen nanoplateletlərinin funksionallaşdırılmasını asanlaşdırır. Bu funksionallaşdırma onların xüsusi polimerlər və ya materiallarla uyğunluğunu artırır.

Sonication vasitəsilə qrafen nanoplatelet sintezi

Qrafen nanoplateletləri ultrasəs köməyi ilə qrafit aşındırmaqla sintez edilə bilər. Buna görə də, bir qrafit süspansiyonu zond tipli ultrasəs homojenizatorundan istifadə edərək sonikləşdirilir. Bu prosedur çox aşağı (məsələn, kütlənin 4%-i və ya daha aşağı) ilə yüksək bərk (məsələn, 10 ağırlıq % və ya daha yüksək) konsentrasiyalarla sınaqdan keçirilmişdir.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Qrafen nano vərəqlərinin yüksək dəqiqlikli ötürücü elektron mikroskop təsvirləri əldə edilmişdir
ultrasəs yardımlı sulu faza dispersiyası və Hummer üsulu ilə.
(Tədqiqat və qrafika: Ghanem və Rehim, 2018)

Qrafen vərəqləri ilə Nanoplateletlər arasındakı fərq nədir?

Qrafen vərəqləri və qrafen nanoplateletləri hər ikisi altıbucaqlı qəfəsdə düzülmüş karbon atomlarının tək qatı olan qrafendən ibarət nanomateriallardır. Bəzən qrafen təbəqələri və qrafen nanoplateletləri bir-birini əvəz edən terminlər kimi istifadə olunur. Lakin elmi cəhətdən bu qrafen nanomaterialları arasında bir neçə fərq var: Qrafen təbəqələri ilə qrafen nanoplateletləri arasında əsas fərq onların strukturunda və qalınlığındadır. Qrafen təbəqələri karbon atomlarının tək qatından ibarətdir və olduqca nazikdir, qrafen nanoplateletləri isə daha qalındır və çoxlu yığılmış qrafen təbəqələrindən ibarətdir. Bu struktur fərqlər onların xassələrinə və xüsusi tətbiqlər üçün uyğunluğuna təsir göstərə bilər. Zond tipli sonikatorların istifadəsi qrafen tək qatlı qrafen təbəqələrini, eləcə də bir neçə qatlı yığılmış qrafen nanoplateletlərini sintez etmək, dağıtmaq və funksionallaşdırmaq üçün yüksək effektiv və səmərəli texnikadır.

UP100H sonikatorundan istifadə edərək qrafen nanoplateletlərinin ultrasəs sintezinin qrafik vizuallaşdırılması
(Tədqiqat və qrafika: Ghanem və Rehim, 2018)

Sonication istifadə edərək Grafen Nanoplateletlərin dispersiyası

Qrafen nanoplateletlərinin (GNP) vahid dispersiyası müxtəlif tətbiqlərdə çox vacibdir, çünki o, əldə edilən materialların və ya məhsulların xüsusiyyətlərinə və performansına birbaşa təsir göstərir. Buna görə də, müxtəlif sənaye sahələrində qrafen nanoplatelet dispersiyaları üçün sonikatorlar quraşdırılır. Aşağıdakı sənayelər ultrasəs enerjisinin istifadəsi üçün görkəmli nümunələrdir:
 

• Nanokompozitlər: Qrafen nanoplateletləri mexaniki, elektrik və istilik xüsusiyyətlərini artırmaq üçün polimerlər kimi müxtəlif nanokompozit materiallara daxil edilə bilər. Zond tipli sonikatorlar polimer matrisi daxilində nanoplateletlərin bərabər şəkildə yayılmasına kömək edir, nəticədə materialın performansı yaxşılaşır.
• Elektrodlar və batareyalar: Qrafen nanoplateletləri batareyalar və superkondensatorlar üçün yüksək performanslı elektrodların hazırlanmasında istifadə olunur. Sonikasiya artan səth sahəsi ilə yaxşı dağılmış qrafen əsaslı elektrod materialları yaratmağa kömək edir ki, bu da enerji saxlama imkanlarını yaxşılaşdırır.
• Kataliz: Sonikasiya qrafen nanoplateletləri əsasında katalitik materiallar hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər. Qrafen səthində katalitik nanohissəciklərin vahid dispersiyası müxtəlif reaksiyalarda katalitik aktivliyi artıra bilər.
• Sensorlar: Qrafen nanoplateletləri müxtəlif tətbiqlər üçün sensorların istehsalında istifadə edilə bilər, o cümlədən qazın tədqiqi, biosensiyası və ətraf mühitin monitorinqi. Sonikasiya sensor materiallarında nanoplateletlərin homojen paylanmasını təmin edərək, həssaslığın və performansın artmasına səbəb olur.
• Kaplamalar və filmlər: Zond tipli sonikatorlar elektronika, aerokosmik və qoruyucu örtüklərdə tətbiqlər üçün qrafen nanoplatelet əsaslı örtüklər və filmlər hazırlamaq üçün istifadə olunur. Bu tətbiqlər üçün vahid dispersiya və substratlara düzgün yapışma çox vacibdir.
• Biotibbi Tətbiqlər: Biotibbi tətbiqlərdə qrafen nanoplateletləri dərmanların çatdırılması, görüntüləmə və toxuma mühəndisliyi üçün istifadə edilə bilər. Sonikasiya bu tətbiqlərdə istifadə olunan qrafen əsaslı nanohissəciklərin və kompozitlərin hazırlanmasına kömək edir.

(b) X3000 və (c) X8000-də qrafen nanoplateletlərin SEM şəkilləri
(Tədqiqat və şəkillər: ©Əlizadə və başqaları, 2018)

Ultrasonik Qrafen Nanoplatelet Dispersiyaları üçün Elm Təsdiqlənmiş Nəticələr

Alimlər çoxsaylı tədqiqatlarda qrafen nanoplateletlərinin sintezi və dispersiyası üçün Hielscher sonikatorlarından istifadə etmiş və ultrasəsləşdirmənin təsirlərini güclü şəkildə sınaqdan keçirmişlər. Aşağıda siz qrafen nanoplateletlərinin sulu şlamlar, ekspoy qatranları və ya məhlul kimi müxtəlif qarışıqlara uğurla qarışdırılması üçün bir neçə nümunə tapa bilərsiniz.
 
Qrafen nanoplateletlərinin etibarlı, sürətli vahid dispersiyası üçün ümumi prosedur aşağıdakı prosedurdur:
Dispersiya üçün qrafen nanoplateletləri qrafen təbəqələrinin yığılmasının qarşısını almaq üçün Hielscher ultrasəs mikser UP400S istifadə edərək, təmiz aseton daxilində səslə səsləndi. Aseton buxarlanma ilə tamamilə çıxarıldı. Sonra qrafen nanoplateletləri epoksi sisteminin 1 wt% nisbətində əlavə edildi və epoksi qatranında 90W gücündə 15 dəqiqə ultrasəs edildi.
(müq. Çakır və başqaları, 2016)
 
Başqa bir araşdırma qrafen nanoplateletləri əlavə etməklə ion maye əsaslı nano-mayelərin (ionan-mayelərin) gücləndirilməsini araşdırır. Üstün dispersiya üçün qrafen nanoplateletlərin, ion mayesinin və natrium dodesil benzol sulfonatın qarışığı Hielscher zond tipli sonikator UP200S istifadə edərək təxminən 90 dəqiqə ərzində homojenləşdirildi.
(müq. Əlizadə və başqaları, 2018)

 
Tragazikis və b. (2019) qrafen nanoplateletlərin məhlula effektiv şəkildə daxil edilməsi barədə hesabat verir. Buna görə də, sulu qrafen süspansiyonları nanoplateletlərin əlavə edilməsi ilə - nəticədə əldə edilən materiallarda arzu olunan hədəf məzmunu ilə yazılmış çəkilərdə - müntəzəm kran suyu və plastifikatorun qarışıqlarına və sonra 2 dəqiqə ərzində maqnit qarışdırmaqla istehsal edilmişdir. Süspansiyonlar 24 kHz tezliyində 4500 J/dəq güc ötürmə qabiliyyətini təmin edən 22 mm-lik sonotrotla təchiz edilmiş Hielscher UP400S cihazından (Hielscher Ultrasonics GmbH) istifadə edərək otaq temperaturunda 90 dəqiqə ultrasəslə homojenləşdirildi. Enerji dərəcəsi və sonication müddəti xüsusi birləşməsi dayandırılması keyfiyyət ultrasəs parametrlərinin təsirinin vasvası tədqiq sonra optimal kimi müəyyən edilmişdir.
(müq. Tragazikis və başqaları, 2019)
 
Zainal və başqaları. (2018) öz tədqiqatlarında bildirirlər ki, sonikasiya kimi düzgün dispersiya texnikası qrafen nanoplateteletlər kimi nanomateryalların dolgu materiallarının xüsusiyyətlərini artıra bilməsini təmin edir. Bu onunla bağlıdır ki, dispersiya epoksi məhlul kimi yüksək keyfiyyətli nanokompozitlərin istehsalı üçün ən vacib amillərdən biridir.

Qrafen Nanoplatelet Emalı üçün Yüksək Performanslı Sonikatorlar

Hielscher Ultrasonics, nanomaterial emalı üçün yüksək performanslı ultrasəs cihazlarına gəldikdə bazar lideridir. Hielscher zond tipli sonikatorlar bütün dünyada laboratoriyalarda və sənaye parametrlərində müxtəlif tətbiqlər, o cümlədən qrafen nanoplateletlərin emalı üçün istifadə olunur.
Ən müasir texnologiya, alman sənətkarlığı və mühəndisliyi, eləcə də uzunmüddətli texniki təcrübə Hielscher Ultrasonics-i uğurlu ultrasəs tətbiqi üçün seçdiyiniz tərəfdaş edir.

Dizayn, İstehsalat və Konsaltinq – Keyfiyyətli Almaniya istehsalı

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Sağlamlıq və asan əməliyyat ultrasəs aparatlarımızın sənaye obyektlərinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Kobud şərtlər və tələbkar mühitlər Hielscher ultrasəs cihazları tərəfindən asanlıqla idarə olunur.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikatlı bir şirkətdir və ən müasir texnologiya və istifadəçi dostu olan yüksək performanslı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə ki, Hielscher ultrasəs cihazları CE-yə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.

Aşağıdakı cədvəldə bizim ultrasonicators təxmini emal gücü bir göstəriş verir: