Zondla sonikasiya vasitəsilə sintez və dispersiya edilmiş qrafen nanolövhəcikləri
Qrafen nanolövhəcikləri (GNPs) sonikatorlardan istifadə etməklə yüksək səmərəlilik və etibarlılıqla sintez və dispersiya edilə bilər. Yüksək intensivlikli ultrasəs emalı qrafiti təbəqələrə ayırmaq və çox vaxt qrafen nanolövhəcikləri adlandırılan azqatlı qrafen əldə etmək üçün tətbiq olunur. Sonikasiya həm aşağı, həm də yüksək özlülüklü suspenziyalarda qrafen nanolövhəciklərinin əla paylanmasını təmin etməkdə də üstün nəticələr verir.
Qrafen nanolövhəciklərinin emalı – sonikasiya ilə üstün nəticələr
Qrafen nanolövhəciklərinin emalı üçün zond tipli sonikatorlar ən səmərəli, etibarlı və istifadəsi asan alətdir. Ultrasəs emalı qrafen nanolövhəciklərinin sintezi, dispersiyası və funksionallaşdırılması üçün tətbiq oluna bildiyindən, sonikatorlar qrafenlə əlaqəli çoxsaylı tətbiqlərdə istifadə olunur:
- Təbəqələrə ayırma və sintez Zond tipli sonikatorlar qrafiti azqatlı qrafenə və ya qrafen nanolövhəciklərinə ayırmaq üçün istifadə olunur. Yüksək intensivlikli ultrasəs emalı təbəqələrarası qüvvələri pozur və qrafiti daha kiçik, ayrı-ayrı qrafen təbəqələrinə parçalayır.
- Dispersiya: Maye mühitdə qrafen nanolövhəciklərinin bərabər dispersiyasına nail olmaq qrafenlə əlaqəli bütün tətbiqlər üçün həlledici əhəmiyyət daşıyır. Zond tipli sonikatorlar nanolövhəcikləri mayenin bütün həcmində bərabər dispersiya edə, aqlomerasiyanın qarşısını ala və sabit suspenziya təmin edə bilər.
- Funksionallaşdırma: Sonikasiya funksional qrupların və ya molekulların qrafen nanolövhəciklərinin səthlərinə birləşməsini təşviq edərək onların funksionallaşdırılmasını asanlaşdırır. Bu funksionallaşdırma onların müəyyən polimerlər və ya materiallarla uyğunluğunu artırır.
Qrafen nanolövhəciklərinin sənaye miqyasında axın xəttində dispersiyası üçün ultrasəs dispersiya sistemi
Sonikasiya vasitəsilə qrafen nanolövhəciklərinin sintezi
Qrafen nanolövhəcikləri ultrasəs dəstəkli qrafit təbəqələndirilməsi vasitəsilə sintez edilə bilər. Bunun üçün qrafit suspenziyası zond tipli ultrasəs homogenizatoru ilə sonikasiya edilir. Bu prosedur bərk maddənin çox aşağı (məsələn, 4wt% və ya daha aşağı) konsentrasiyalarından yüksək (məsələn, 10wt% və ya daha yüksək) konsentrasiyalarına qədər sınaqdan keçirilmişdir.
Ghanem və Rehim (2018) dispersiya edilmiş qrafen nanolövhəcikləri hazırlamaq məqsədilə natrium dodesilbenzolsulfonatın (SDS) köməyi ilə qrafitin suda ultrasəs vasitəsilə təbəqələrə ayrılmasını təsvir edirlər; zond tipli sonikator UP 100H-dan istifadə qüsursuz azqatlı qrafenin (>5) uğurla hazırlanmasına imkan vermişdir. Aşağıdakı ilkin materialdan istifadə edilmişdir: reduksiya edilmiş qrafen nanotəbəqələri Hummer üsulu ilə hazırlanmış və iki əlavə mərhələdən keçirilmişdir – qrafitin oksidləşdirilməsi və ardınca qrafen oksidin reduksiyası. Beləliklə, həlledicidə dispersiya üsulu ilə suda dispersiya edilmiş qrafen nanolövhəcikləri əldə edilmişdir (aşağıdakı sxemə baxın). Qrafit təbəqələri zond tipli sonikator UP100H (100 W) ilə sonikasiya edilərək ayrılmışdır. 0,25 g SDS 150 mL deionlaşdırılmış suda həll edilmiş, sonra 0,5 g qrafit əlavə olunmuşdur. Qrafit məhlulu buz vannasında 12h sonikasiya edilmiş, sonra iri hissəcikləri kənarlaşdırmaq üçün suspenziya məhlulu 686× g-də 30 min sentrifuqalanmışdır. Çöküntü atılmış və çöküntüüstü maye 12.600× g-də 90 min yenidən sentrifuqalanmışdır. Əldə edilmiş dispersiya olunmuş qrafen nanolövhəcikləri səthi aktiv maddədən təmizlənmək üçün bir neçə dəfə yaxşıca yuyulmuşdur. Sonda məhsul vakuum altında 60ºC-də qurudulmuşdur.
Qrafen nanotəbəqələrinin yüksək ayırdetməli transmissiya elektron mikroskopu təsvirləri – nanotəbəqələr
ultrasəs dəstəkli sulu faza dispersiyası və Hummer üsulu ilə əldə edilmişdir.
(Tədqiqat və qrafik: Ghanem və Rehim, 2018)
Qrafen təbəqələri ilə nanolövhəciklər arasında fərq nədir?
Qrafen təbəqələri və qrafen nanolövhəcikləri hər ikisi qrafendən ibarət nanomateriallardır; qrafen altıbucaqlı qəfəsdə düzülmüş karbon atomlarının bir qatıdır. Bəzən qrafen təbəqələri və qrafen nanolövhəcikləri terminləri bir-birinin əvəzinə işlədilir. Lakin elmi baxımdan bu qrafen nanomaterialları arasında bir neçə fərq var: qrafen təbəqələri ilə qrafen nanolövhəcikləri arasındakı əsas fərq onların quruluşunda və qalınlığındadır. Qrafen təbəqələri karbon atomlarının bir qatından ibarətdir və olduqca nazikdir, qrafen nanolövhəcikləri isə daha qalındır və üst-üstə yığılmış çoxsaylı qrafen qatlarından ibarətdir. Bu quruluş fərqləri onların xassələrinə və müəyyən tətbiqlərə uyğunluğuna təsir göstərə bilər. Zond tipli sonikatorlardan istifadə həm birqatlı qrafen təbəqələrini, həm də bir neçə qatı üst-üstə yığılmış qrafen nanolövhəciklərini sintez, dispersiya və funksionallaşdırmaq üçün yüksək dərəcədə təsirli və səmərəli üsuldur.
Sonikator UP100H ilə qrafen nanolövhəciklərinin ultrasəs vasitəsilə sintezini göstərən qrafik
(Tədqiqat və qrafik: Ghanem və Rehim, 2018)
Zond tipli sonikator UP400St qrafen nanolövhəcik dispersiyalarının hazırlanması üçün
Sonikasiya ilə qrafen nanolövhəciklərinin dispersiyası
Qrafen nanolövhəciklərinin (GNPs) bərabər dispersiyası müxtəlif tətbiqlərdə həlledici əhəmiyyət daşıyır, çünki əldə edilən materialların və ya məhsulların xassələrinə və iş göstəricilərinə birbaşa təsir edir. Buna görə də müxtəlif sənaye sahələrində qrafen nanolövhəcik dispersiyaları üçün sonikatorlar quraşdırılır. Aşağıdakı sənaye sahələri yüksək güclü ultrasəsin istifadəsinə əsas nümunələrdir:
- Nanokompozitlər: Qrafen nanolövhəcikləri müxtəlif nanokompozit materiallara, məsələn, polimerlərə daxil edilərək onların mexaniki, elektrik və istilik xassələrini yaxşılaşdıra bilər. Zond tipli sonikatorlar nanolövhəciklərin polimer matrisində bərabər dispersiyasına kömək edir və nəticədə materialın iş göstəriciləri yaxşılaşır.
- Elektrodlar və batareyalar: Qrafen nanolövhəcikləri batareyalar və superkondensatorlar üçün yüksək iş göstəricilərinə malik elektrodların hazırlanmasında istifadə olunur. Sonikasiya daha böyük səth sahəsinə malik, yaxşı dispersiya edilmiş qrafen əsaslı elektrod materiallarının yaradılmasına kömək edir ki, bu da enerji saxlama imkanlarını yaxşılaşdırır.
- Kataliz: Sonikasiya qrafen nanolövhəcikləri əsasında katalitik materiallar hazırlamaq üçün istifadə oluna bilər. Katalitik nanohissəciklərin qrafen səthində bərabər dispersiyası müxtəlif reaksiyalarda katalitik aktivliyi artıra bilər.
- Sensorlar: Qrafen nanolövhəcikləri qazların aşkarlanması, biosensor tətbiqləri və ətraf mühitin monitorinqi daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlər üçün sensorların istehsalında istifadə oluna bilər. Sonikasiya nanolövhəciklərin sensor materiallarında homogen paylanmasını təmin edir və nəticədə həssaslıq və iş göstəriciləri yaxşılaşır.
- Örtüklər və nazik təbəqələr: Zond tipli sonikatorlar elektronika, aerokosmik sahə və qoruyucu örtük tətbiqləri üçün qrafen nanolövhəcikləri əsaslı örtüklər və nazik təbəqələr hazırlamaq məqsədilə istifadə olunur. Bərabər dispersiya və altlıqlara düzgün yapışma bu tətbiqlər üçün həlledici əhəmiyyət daşıyır.
- Biotibbi tətbiqlər: Biotibbi tətbiqlərdə qrafen nanolövhəcikləri dərmanların çatdırılması, görüntüləmə və toxuma mühəndisliyi üçün istifadə oluna bilər. Sonikasiya bu tətbiqlərdə istifadə olunan qrafen əsaslı nanohissəciklərin və kompozitlərin hazırlanmasına kömək edir.
Qrafen nanolövhəciklərinin (b) X3000 və (c) X8000 böyütmələrində skanedici elektron mikroskopu (SEM) təsvirləri
(Tədqiqat və təsvirlər: ©Alizadeh və b., 2018)
Qrafen nanolövhəciklərinin ultrasəs dispersiyaları üçün elmi cəhətdən təsdiqlənmiş nəticələr
Alimlər çoxsaylı tədqiqatlarda qrafen nanolövhəciklərinin sintezi və dispersiyası üçün Hielscher sonikatorlarından istifadə etmiş və ultrasəs emalının təsirlərini ciddi şəkildə sınaqdan keçirmişlər. Aşağıda qrafen nanolövhəciklərinin sulu şlamlar, epoksi qatranlar və ya tikinti məhlulu kimi müxtəlif qarışıqlara uğurla qarışdırılmasına dair bir neçə nümunə tapa bilərsiniz.
Qrafen nanolövhəciklərinin etibarlı, sürətli və bərabər dispersiyası üçün geniş istifadə olunan prosedur aşağıdakı kimidir:
Dispersiya üçün qrafen nanolövhəcikləri qrafen təbəqələrinin aqlomerasiyasının qarşısını almaq məqsədilə Hielscher ultrasəs qarışdırıcısı UP400S ilə təmiz asetonda təxminən bir saat sonikasiya edilmişdir. Aseton buxarlandırılaraq tamamilə kənarlaşdırılmışdır. Sonra qrafen nanolövhəcikləri epoksi sisteminə 1 wt % miqdarında əlavə edilmiş və epoksi qatranında 90W gücdə 15 dəqiqə sonikasiya edilmişdir.
(bax: Cakir və b., 2016)
Başqa bir tədqiqat qrafen nanolövhəciklərinin əlavə edilməsi ilə ion mayesi əsaslı nanofluidlərin (ionanofluidlərin) gücləndirilməsini araşdırır. Üstün dispersiya əldə etmək üçün qrafen nanolövhəcikləri, ion mayesi və natrium dodesilbenzolsulfonat qarışığı Hielscher zond tipli sonikator UP200S ilə təxminən 90 min homogenləşdirilmişdir.
(bax: Alizadeh və b., 2018)
Tragazikis və b. (2019) qrafen nanolövhəciklərinin tikinti məhluluna effektiv daxil edilməsini təsvir edirlər. Bunun üçün adi kran suyu ilə plastifikatorun qarışıqlarına nanolövhəciklər – alınan materiallarda arzu olunan hədəf tərkibə əsasən müəyyən edilmiş kütlələrdə – əlavə edilmiş və sonra 2 min maqnitlə qarışdırılaraq sulu qrafen suspenziyaları hazırlanmışdır. Suspenziyalar 24 kHz tezlikdə 4500 J/min enerji ötürən 22mm sonotrodla təchiz edilmiş Hielscher UP400S cihazı (Hielscher Ultrasonics GmbH) ilə otaq temperaturunda 90 min ultrasəs emalı vasitəsilə homogenləşdirilmişdir. Enerji ötürmə sürəti ilə sonikasiya müddətinin bu xüsusi kombinasiyası ultrasəs emalı parametrlərinin suspenziyanın keyfiyyətinə təsirinin ətraflı araşdırılmasından sonra optimal olaraq müəyyən edilmişdir.
(bax: Tragazikis və b., 2019)
Zainal və b. (2018) öz tədqiqatlarında qeyd edirlər ki, sonikasiya kimi düzgün dispersiya üsulu qrafen nanolövhəcikləri kimi nanomaterialların doldurucu materialların xassələrini yaxşılaşdıra bilməsini təmin edir. Bunun səbəbi dispersiyanın epoksi doldurucu məhlul kimi yüksək keyfiyyətli nanokompozitlərin istehsalı üçün ən vacib amillərdən biri olmasıdır.
Təmiz BMIM-PF6 nümunəsi (solda) və ultrasəs vasitəsilə hazırlanmış 2% wt. konsentrasiyalı ionanofluid (sağda).
(Tədqiqat və təsvirlər: ©Alizadeh və b., 2018)
Qrafen nanolövhəciklərinin emalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı sonikatorlar
Hielscher Ultrasonics nanomaterialların emalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazları sahəsində bazar lideridir. Hielscher zond tipli sonikatorları bütün dünyada laboratoriyalarda və sənaye şəraitində qrafen nanolövhəciklərinin emalı daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlər üçün istifadə olunur.
Ən müasir texnologiya, alman sənətkarlığı və mühəndisliyi, eləcə də uzunmüddətli texniki təcrübə Hielscher Ultrasonics-i uğurlu ultrasəs tətbiqi üçün üstünlük verdiyiniz tərəfdaşa çevirir.
- yüksək səmərəlilik
- ən müasir texnologiya
- etibarlılıq və möhkəmlik
- tənzimlənən, dəqiq proses nəzarəti
- partiyalarla və axın xəttində emal
- istənilən həcm üçün
- intellektual proqram təminatı
- ağıllı funksiyalar (məsələn, proqramlaşdırılma, məlumatların protokollaşdırılması, uzaqdan idarəetmə)
- asan və təhlükəsiz istifadə
- az texniki qulluq tələbi
- CIP (yerində təmizləmə)
Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniyada yaradılan keyfiyyət
Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə yaxşı tanınır. Möhkəmlik və asan istifadə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə problemsiz inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitdə və yüksək tələblər qoyan mühitlərdə asanlıqla işləyir.
Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya malik, istifadəsi rahat yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında məlumat verir:
| Partiya həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | cihazlar qrupu: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma, dispersiya, emulsiyalaşdırma və ekstraksiya tətbiqləri üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Ghanem, A.F.; Abdel Rehim, M.H. (2018): Assisted Tip Sonication Approach for Graphene Synthesis in Aqueous Dispersion. Biomedicines 6, 63; 2018.
- Zainal, Nurfarahin; Arifin, Hanis; Zardasti, Libriati; Yahaya, Nordin; Lim, Kar Sing; Lai, Jian; Noor, Norhazilan (2018): Tensile Properties of Epoxy Grout Incorporating Graphene Nanoplatelets for Pipeline Repair. MATEC Web of Conferences, 2018.
- Ferit Cakir, Habib Uysal, Volkan Acar (2016): Experimental modal analysis of masonry arches strengthened with graphene nanoplatelets reinforced prepreg composites. Measurement, Volume 90, 2016. 233-241.
- Jalal Alizadeh, Mostafa Keshavarz Moraveji (2018): An experimental evaluation on thermophysical properties of functionalized graphene nanoplatelets ionanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 98, 2018. 31-40.
- Ilias Κ. Tragazikis, Konstantinos G. Dassios, Panagiota T. Dalla, Dimitrios A. Exarchos (2019): Theodore E. Matikas (2019): Acoustic emission investigation of the effect of graphene on the fracture behavior of cement mortars. Engineering Fracture Mechanics, Volume 210, 2019. 444-451.
- Matta, S.; Rizzi, L.G.; Frache, A. (2021): PET Foams Surface Treated with Graphene Nanoplatelets: Evaluation of Thermal Resistance and Flame Retardancy. Polymers 2021, 13, 501.
Bilməyə dəyər faktlar
Qrafen təbəqələri və qrafen nanolövhəciklərinin müqayisəsi
Həm qrafen təbəqələri, həm də qrafen nanolövhəcikləri qrafitdən əldə edilən nanostrukturlardır. Aşağıdakı cədvəl qrafen təbəqələri ilə qrafen nanolövhəcikləri arasındakı ən nəzərəçarpan fərqləri göstərir.
| Fərqləndirmə | Qrafen təbəqələri | Qrafen nanolövhəcikləri |
|---|---|---|
| Quruluş | Qrafen təbəqələri adətən ikiölçülü quruluşa malik birqatlı qrafendir. Onlar çox böyük və bütöv ola, makroskopik sahələr boyunca uzana bilər. | Qrafen nanolövhəcikləri ayrı-ayrı qrafen təbəqələri ilə müqayisədə daha kiçik və daha qalındır. Onlar üst-üstə yığılmış çoxsaylı qrafen qatlarından ibarət olub lövhəcikşəkilli strukturlar əmələ gətirir. Nanolövhəcikdəki qatların sayı dəyişə bilər, lakin adətən bir neçə qatdan bir neçə onlarla qata qədər olur |
| Qalınlıq | Bunlar birqatlı qrafen strukturlarıdır, buna görə də olduqca nazikdirlər; adətən qalınlıqları cəmi bir atom qədərdir. | Bunlar birqatlı qrafen təbəqələrindən daha qalındır, çünki üst-üstə yığılmış çoxsaylı qrafen qatlarından ibarətdir. Qrafen nanolövhəciklərinin qalınlığı onların tərkibindəki qatların sayından asılıdır. |
| Xassələr | Birqatlı qrafen təbəqələri yüksək elektrik keçiriciliyi, istilik keçiriciliyi və mexaniki möhkəmlik kimi müstəsna xassələrə malikdir. Onlar həmçinin kvant məhdudlaşdırılması effektləri kimi unikal elektron xassələr nümayiş etdirir. | Qrafen nanolövhəcikləri qrafenin yüksək elektrik və istilik keçiriciliyi kimi bəzi əla xassələrini saxlayır, lakin çoxsaylı qatların mövcudluğu səbəbindən bu baxımdan birqatlı qrafen qədər müstəsna olmaya bilər. Bununla belə, onlar ənənəvi karbon materialları ilə müqayisədə yenə də üstünlüklər təmin edir. |
| Tətbiqlər | Birqatlı qrafen təbəqələrinin elektronika, nanokompozitlər, sensorlar və başqa sahələr daxil olmaqla geniş potensial tətbiq dairəsi var. Onlar çox vaxt müstəsna elektron xassələrinə görə istifadə olunur. | Qrafen nanolövhəcikləri kompozitlərdə möhkəmləndirici materiallar, sürtkü materialları, enerji saxlama qurğuları kimi müxtəlif tətbiqlərdə və digər materialların xassələrini yaxşılaşdıran əlavələr kimi istifadə olunur. Daha qalın quruluşları onların müəyyən matrislərdə birqatlı qrafenlə müqayisədə daha asan dispersiya edilməsinə imkan verir. |
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorlarını laboratoriya ölçüsündən sənaye ölçüsünədək istehsal edir.