Ultrasonik Qrafen istehsalı
Graphene ultrasəs hazırlanması
Qrafitin qeyri-adi xüsusiyyətləri məlum olduğundan, onun hazırlanması üçün bir neçə üsul hazırlanmışdır. Çox addımlı proseslərdə grafen oksid olan grafenlərin kimyəvi istehsalının yanında çox güclü oksidləşdirici və azaldıcı maddələrə ehtiyac duyulur. Bundan əlavə, bu sərt kimyəvi şərtlər altında hazırlanan grafen, digər metodlardan əldə edilən grafenlerlə müqayisədə, hətta azaldıldıqdan sonra da böyük miqdarda qüsurları ehtiva edir. Lakin, ultrasəs yüksək miqdarda yüksək keyfiyyətli grafen istehsal etmək üçün sübut olunmuş alternativdir. Tədqiqatçılar ultrasəsdən istifadə edərək bir qədər fərqli yollar yaradıblar, lakin ümumiyyətlə, grafen istehsalı bir addımdır.
xüsusi graphene istehsal marşrut nümunə vermək: Graphite seyreltik üzvi turşu, spirt və su qarışığı əlavə olunur, sonra qarışıq ultrasəs şüalanma məruz qalır. turşu kimi işləyir “molekulyar paz” hansı valideyn qrafit olan graphene vərəqələri ayırır. Bu sadə proses, su dağıldı undamaged, yüksək keyfiyyətli graphene böyük miqdarda yaradılmışdır. (An et al. 2010)
Şəkil 1. Müxtəlif yerlərdə əldə üç hündürlüyü profillər ilə exfoliated GO vərəqələri AFM image (et al 2007 Stankovich.)
UIP2000hdT – Qrafen aşındırması üçün 2 kVt güclü ultrasəs aparatı
Graphene Direct Aşındırıcı
Ultrasound üzvi həlledicilər, səthi / su həllər, və ya ion maye ilə graphenes hazırlanması üçün imkan verir. Bu güclü oksidləşdirici və ya azaldılması agentləri istifadə yol verilə bilər deməkdir. Stankovich et al. (2007) ultrasonication altında exfoliation ilə grafenler istehsal.
1 mg konsentrasiyaları ultrasəs müalicə exfoliated graphene oksid AFM images / su ml həmişə vahid qalınlığı vərəqələri iştirakı aşkar (~ 1 nm; misal Fig göstərilir 1 aşağıdır.). graphene oksid Bu yaxşı exfoliated nümunələri fərdi graphene oksid vərəqələri aşağı graphene oksid tam exfoliation həqiqətən bu şərtlər altında əldə edilmişdir bir nəticəyə gedən 1NM daha vərəqələri ya qalın və ya nazik olan. (Stankovich et al. 2007)
Graphene Sheets hazırlanması
Stengl et al. kompleks peroxo graphene nanosheets və Titania ilə dayandırılması istilik hidroliz ilə nonstoichiometric TiO2 graphene nanocomposit istehsalı zamanı böyük miqdarda təmiz graphene vərəqələri uğurlu hazırlanması göstərir. təmiz graphene nanosheets Hielscher nin ultrasəs prosessor tərəfindən yüksək intensivliyi çuxurluq sahəsində istifadə təbii qrafit hasil edilib UIP1000hd 5 bar yüksək təzyiq ultrasəs reaktor da. TiO2 fotokatalitik fəaliyyəti artırmaq üçün yüksək xüsusi səthinin sahəsi və unikal elektron xassələri ilə əldə graphene təbəqələr, yaxşı dəstək kimi istifadə edilə bilər. tədqiqat qrupu ultrasonically hazırlanan graphene keyfiyyəti qrafit exfoliated və zağlı olunur Hummer metodu ilə əldə graphene çox daha yüksək olduğunu iddia edir. ultrasəs reaktor fiziki şərtləri dəqiq nəzarət edə bilər və bir dopant kimi graphene konsentrasiyası 1 aralığında dəyişir ehtimalı ilə – 0.001%, davamlı sistem graphene istehsalı barədə kommersiya miqyaslı mümkündür.
Graphene oksidi ultrasəs müalicəsi ilə hazırlanması
Oh et al. (2010) graphene oksid (GO) qat istehsal ultrasəs şüalanma istifadə edərək hazırlıq marşrutu göstərir. Buna görə də, onlar de-ionlu su 200 ml graphene oksid toz iyirmi beş milliqram dayandırılıb. qımzanma onlar bir inhomogeneous qəhvəyi dayandırılması əldə. nəticədə suspensions (30 min, 1.3 × 105J) sonicated və ultrasonically müalicə graphene oksid istehsal olunub (373 K) qurutma sonra edilib. A FTIR spektroskopiya ultrasəs müalicə graphene oksid funksional qruplar dəyişməyib göstərdi.
Fig. 2: ultrasonication ilə əldə graphene nanosheets SEM image (Oh et al 2010).
UIP4000hdT – 4 kVt yüksək güclü ultrasonikator
Graphene Sheets fonksiyonlandırma
Xu və Suslick (2011) polistirol funksional qrafit hazırlanması üçün rahat bir addım metodu təsvir edir. etdikləri işdə, onlar əsas xammal kimi qrafit lopa və stirol istifadə olunur. stirol qrafit lopa (a reaktiv monomer) sonicating ki, ultrasəs şüalanma tək qat və bir neçə qat graphene vərəqələri daxil qrafit lopa mechanochemical exfoliation ilə nəticələndi. Eyni zamanda, polistirol zəncirlər graphene vərəqələri fonksiyonlandırma əldə edilmişdir.
fonksiyonlandırma eyni proses graphene əsasında kompozitlərin digər vinil monomerləri ilə həyata keçirilə bilər.
Nanoribbons hazırlanması
Hongjie Dai və Stenford Universitetindəki həmkarları tədqiqat qrupu nanoribbons hazırlamaq üçün bir üsul tapdılar. Graphene lentləri graphene təbəqələrindən daha faydalı xüsusiyyətlərə malik ola bilən grafen iniz zolaqlardır. Elektronların təxminən 10 nm və ya daha kiçik enində, elektronların uzunluğu hərəkət etməsinə məcbur olaraq graphene lentlərinin hərəkətləri yarımkeçirici ilə bənzərdir. Beləliklə, elektronikanın yarımkeçirici funksiyaları ilə nanoribbonun istifadə edilməsi maraqlı ola bilər (məsələn, kiçik, sürətli kompüter çipsləri üçün).
Dai et al. iki addımlar graphene Nanoribbons əsasları hazırlanması: birincisi, onlar arqon qazı 3% hidrogen bir dəqiqə üçün 1000ºC bir istilik müalicə ilə qrafit olan graphene qat loosened. Sonra graphene Ultrasonication istifadə zolaqlar qədər sınıq idi. Bu texnika ilə əldə Nanoribbons "hamar qədər ilə xarakterizə olunur’ şərti litoqrafiya vasitələrlə edilən daha kənarları. (Jiao et al. 2009)
Carbon Nanoscrolls hazırlanması
Carbon Nanoscrolls çox divarlı karbon nanoborular oxşardır. MWCNTs fərq açıq məsləhətləri və digər molekulların daxili səthlərin tam accessibility edir. Onlar kalium ilə qrafit intercalating su aşındırıcı və kolloid dayandırılması sonicating yaş-kimyəvi sintez edilə bilər. (Müqayisə et Viculis et al. 2003) ultrasonication karbon nanoscrolls daxil graphene monolayers qədər scrolling kömək (bax Şəkil. 3). 80% yüksək dönüşüm səmərəliliyinin ki, kommersiya proqramları üçün maraqlı nanoscrolls istehsalını edir nail olunmuşdur.
Fig.3: Carbon Nanoscrolls ultrasəs sintez (Viculis et al 2003).
graphene Dispersions
Grafen və grafen oksidin dispersiya dərəcəsi onun xüsusi xüsusiyyətləri ilə grapenin tam potensialını istifadə etmək üçün son dərəcə vacibdir. Grafen nəzarət edilən şərtlər altında dağılmırsa, grafen dispersiyasının polidispersityi grafen xüsusiyyətləri onun struktur parametrləri funksiyası kimi dəyişir, çünki cihazlara daxil edildikdə gözlənilməz və ya qeyri-yalnış davranış gətirə bilər. Sonication interlayer qüvvələrini zəiflətmək üçün sübut olunmuş bir müalicədir və mühüm proses parametrlərinin düzgün idarə edilməsinə imkan verir.
"Adətən tək qat vərəqələri kimi exfoliated edilir graphene oksid (GO) üçün əsas polydispersity problemlərdən biri lopa lateral sahəsində varyasyonları yaranır. Bu GO orta lateral ölçüsü qrafit başlanğıc material və sonication şərtlərinin dəyişdirilməsi ilə 20 mkm 400 nm keçdikdə bilər ki, nümayiş etdirilib. "(Green et al. 2010)
ultrasəs dağılışma gözəl və hətta kolloid slurries nəticəsində graphene müxtəlif tədqiqatlar nümayiş etdirilib. (Liu et al. / Baby et al. 2011 / Choi et al. 2010 2011)
Zhang et al. (2010) · ultrasonication istifadə 1 mq yüksək konsentrasiyası ilə sabit graphene dispersiya · ml-1 və nisbətən təmiz graphene vərəqələri əldə olunur ki, göstərilən və hazırlanmış graphene vərəqələri 712 S yüksək elektrik keçiriciliyi nümayiş var m-1. Fourier transformasiya infraqırmızı spektrlərinin və Raman spektrlərinin imtahanının nəticələri ultrasəs hazırlanması metodu graphene kimya və kristal strukturları az zərər ki, qeyd.
Yüksək Performans Ultrasonicators
Yüksək keyfiyyətli qrafen nano-təbəqə istehsalı üçün etibarlı yüksək effektiv ultrasəs avadanlıq tələb olunur. Reproduktivlik və ardıcıl məhsul keyfiyyəti üçün vacib olan amplituda, təzyiq və temperatur zəruri parametrlərdir. Hielscher Ultrasoniklər’ Ultrasonik prosessorlar güclü və dəqiq idarə olunan sistemlərdir ki, bu da parametr parametrlərinin dəqiq tənzimlənməsinə və davamlı yüksək güclü ultrasəs çıxışına imkan verir. Hielscher Ultrasoniklər’ sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar təqdim edə bilər. 200 mikrona qədər olan amplitüdlər asanlıqla 24/7 əməliyyatda asanlıqla davam edə bilər. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasonik sonotrodlar mövcuddur. Hielscher-in ultrasəs avadanlıqlarının dayanıqlığı, ağır işdə və tələb olunan mühitlərdə 24/7 əməliyyat etməyə imkan verir.
Müştərilərimiz Hielscher Ultrasonic sistemlərinin üstün möhkəmliyi və etibarlılığından məmnundurlar. Ağır tətbiq sahələri, tələb olunan mühit və 24/7 işləmə səmərəli və qənaətli işləmə təmin edir. Ultrasonik prosesin intensivləşdirilməsi emal müddətini azaldır və daha yaxşı nəticələrə, yəni daha yüksək keyfiyyətə, daha yüksək məhsula, yenilikçi məhsullara nail olur.
Aşağıdakı cədvəldə bizim ultrasonicators təxmini emal gücü bir göstəriş verir:
| Partiyanın həcmi | Axın | tövsiyə Cihazlar |
|---|---|---|
| 01.5ml .5 | na | VialTweeter |
| 1 500ml | 10 200ml / dəq | UP100H |
| 10 2000ml üçün | 20 400ml / dəq | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 20L üçün | 04L / min .2 | UIP2000hdT |
| 10 100L üçün | 10L 2 / dəq | UIP4000hdT |
| na | 10 100L / dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | çoxluq UIP16000 |
Ultrasonically graphene hazırlanması yardım
Laboratoriyadan pilot və sənaye miqyasına qədər yüksək güclü ultrasəs homogenizatorlar.
Ədəbiyyat / Referanslar
- An, X .; Simmons, T .; Shah, R .; Wolfe, C .; Lewis, K. M .; Washington, M .; Nayak, S. K .; Talapatra, S .; Kar, S. (2010): Graphite olan Noncovalently funksional graphene və onların Çoxfunksiyalı High-Performance Proqramlar Stabil sulu Dispersions. Nano Letters 10/2010. pp. 4295-4301.
- Baby, T. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): graphene dağıldı nanofluids istifadə Ətraflı convective istilik transfer. Nanotərtibli Research Letters 6: 289, 2011.
- Bang, J. H .; Suslick, K. S. (2010): nanostructured materialları sintezi üçün Ultrason Applications. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Choi, E. Y .; Han, T. H .; Hong, J .; Kim, J. E .; Lee, S. H .; Kim, H. W .; Kim, S. O. (2010) son funksional polimerlər ilə graphene Noncovalent fonksiyonlandırma. Journal Materialları Kimya 20/2010 s. 1907-1912.
- Geim, A. K. (2009): Graphene: Status və perspektivlər. Elm 324/2009. pp. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
- Green, A. A .; Hersam, M. C. (2010): Monodisperse Graphene dispersiyalar istehsalı üçün inkişaf etməkdə olan üsulları. Fiziki kimya Məktublar jurnalı 2010-cu səh. 544-549.
- Guo, J .; Zhu, S .; Chen, Z .; Li, Y .; Yu, Z .; Liu, Z .; Liu, Q .; Li, J .; Feng, C .; Zhang, D. (2011): TiO of Sonochemical sintezi (photocatalyst kimi istifadə üçün graphene 2 nanohissəciklər
- Həsən K. ul; Sandberg, M. O .; Nur, O .; Willander, M. (2011): graphene suspensions Polycation sabitləşmə. Nanotərtibli Research Letters 6: 493, 2011.
- Liu, X .; Pan, L .; T, Lv .; Zhu, G .; Lu, T .; Sun, Z .; Sun, C. (2011): Cr (VI) fotokatalitik azaldılması üçün TiO2-aşağı graphene oksid kompozitlərin Mikrodalğalı dəstəkli sintez. RSC 2011 avanslar.
- Malig, J .; Englert, J. M .; Hirsch, A .; Guldi, D. M. (2011): graphene Wet Kimya. Elektrokimyəvi Society Interface Spring 2011. s. 53-56.
- Oh, W. Ch .; Chen, M. L .; Zhang, K .; Zhang, F. J .; Jang, W. K. (2010): Graphene-oksid Nanosheets formalaşması barədə Termal və Ultrasonik müalicə təsiri. Koreya Fizika Dərnəyi 4/56 jurnalı, 2010-cu səh. 1097-1102.
- Sametband, M .; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): sadə, bir addım ultrasonication üsulu ilə hazırlanan Graphene oksid mikrosferalar. Kimya 36/2012 yeni jurnalı. s. 36-39.
- Savoskin, M. V .; Mochalin, V. N .; Yaroshenko, A. P .; Lazareva, N. I .; Konstanitinova, T. E .; Baruskov, I. V .; Prokofyev, I. G. (2007): akseptor tipli qrafit intercalation birləşmələrin hasil Carbon nanoscrolls. Carbon 45/2007. pp. 2797-2800.
- Stankovich, S .; Dikin, D. A .; Piner, R. D .; Kohlhaas, K. A .; Kleinhammes, A .; Jia, Y .; Wu, Y .; Nguyen, S. T .; Ruoff, R. S. (2007): exfoliated qrafit oksid kimyəvi azaldılması vasitəsilə graphene-based nanosheets sintezi. Carbon 45/2007. pp. 1558-1565.
- Stengl, V .; Popelková, D .; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanokompozit kimi High Performance Photocatalysts. In: Fiziki kimya C 115/2011 jurnalı. s. 25209-25218.
- Suslick, K. S. (1998): Kimya Texnologiya Kirk-Othmer daxildir Ensiklopediyası; 4-cü Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, Vol. 26, s. 517-541.
- Viculis, L. M .; Mack, J. J .; Kaner, R. B. (2003): Carbon Nanoscrolls A Chemical Route. Elm, 299/1361; 2003.
- Xu, H .; Suslick, K. S. (2011): funksional Graphenes of Sonochemical hazırlanması. In: Amerika Kimya Cəmiyyətinin 133/2011 jurnalı. pp. 9148-9151.
- Zhang, W .; O, W .; Jing, X. (2010): Ultrason tərəfindən yüksək Konsentrasiya ilə Stable Graphene səpələnmiş hazırlanması. Fiziki kimya B 32/114, 2010-cu səh. 10368-10373 jurnalı.
- Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Diankov, G .; Dai, H. (2009): karbon nanoborular olan Dar graphene Nanoribbons. Təbiət 458 / 2009. s. 877-880.
- Park, G .; Lee, K. G .; Lee, S. J .; Park, T. J .; Wi, R .; Kim, D. H. (2011): Sonochemical azaldılması vasitəsilə Graphene-Gold nanokompozitlərin sintezi. Nanobilim jurnalı və Nanotexnologiya 7/11, 2011-ci səh. 6095-6101.
- Zhang, RQ; De Sakar, A. (2011): Grafen seqmentlərinin formalaşması, əmlakın tənzimlənməsi və adsorbsiyasına dair nəzəri tədqiqatlar. In: M. Sergey (ed.): Grafenlərin fizikası və tətbiqləri - nəzəriyyə. InTech 2011. s. 3-28.
Bilmək lazımdır
Qrafen nədir?
graphene - - müntəzəm dizilir Graphite SP2-hibridləşmiş, hexagonally təşkil karbon atomları iki ölçülü vərəqələri ibarətdir. Qeyri-bonding qarşılıqlı qrafit təşkil grafenin atom-nazik təbəqələr, bir ifrat böyük səthinin sahəsi ilə xarakterizə olunur. Graphene təqribən ilə çatır onun bazal səviyyəsi boyunca fövqəladə güc və möhkəmlik göstərir. almaz 1020 GPA demək olar ki, gücü dəyəri.
Graphene, o cümlədən qrafit yanaşı, həmçinin karbon nanotubes və fullerenes bəzi allotropes əsas struktur elementidir. aşqar kimi istifadə, graphene dramatik çox aşağı yüklənmələrin da polimer kompozitlərin elektrik, fiziki, mexaniki və maneə xassələri gücləndirə bilər. (Xu, 2011 Suslick)
Onun xüsusiyyətləri ilə, grafen üstünlüklərdən ibarətdir və buna görə kompozit, örtük və ya mikroelektronika istehsal edən sənaye üçün perspektivlidir. Geim (2009) qrafenləri aşağıdakı paragrafda qısa olaraq supermaterial kimi təsvir edir:
"Bu, kainatda ən incə və ən güclü ölçülmüş materialdır. Onun yük daşıyıcıları nəhəng intrinsik hərəkətlilik nümayiş etdirir, ən kiçik effektli kütləə malikdir (sıfırdır) və otaq temperaturunda səpilmədən mikrometer uzun məsafələrə gələ bilər. Graphene, mövcud sızmaların 6 misdən daha yüksək olması, rekord istilik keçiriciliyini və sərtliyini göstərə bilər, qazlara həssasdır və kövrəklik və süngülük kimi ziddiyyətli xüsusiyyətləri barışdırır. Grapenin elektron daşıyıcısı bir Dirac benzeri tənliklə təsvir edilir, bu da bir üst-üst sınaqda nisbi kvant fenomenlərinin araşdırılmasına imkan verir. "
Due bu görkəmli material xüsusiyyətlərinə, graphene ən perspektivli materiallardan biridir və nanomaterial tədqiqat mərkəzində dayanır.
Qrafen üçün potensial müraciətlər
Bioloji tətbiqlər: ultrasonik graphene preparatına və onun bioloji istifadəsinə nümunə, Park və digərlərinin "Sonokimyəvi Azaldılması vasitəsilə Grafen-Qızıl Nanokompozitlərin Sintezi" adlı tədqiqatında verilmişdir. Eyni zamanda qızıl ionları azaldaraq və qızıl nanopartikulyarların eyni zamanda azalmış grafen oksidinin səthinə yerləşdirilməsi ilə azalmış graphene oxide-agold (Au) nanopartiküllərdən nanokompozitin sintezi aparılıb. Qızıl nanopartikulyarların azaldılmış grafen oksid üzərində bağlanması üçün qızıl ionlarının azaldılmasını və oksigen funksiyalarının yaradılmasını asanlaşdırmaq üçün reaktivlərin qarışığına ultrasəs radiasiya tətbiq olundu. Qızıl-bağlayıcı-peptid-redaktə biomoleküllərin istehsalı grafen və grapen kompozitlərinin ultrasonik radiasiya potensialını göstərir. Buna görə, ultrasəs digər biyomoleküllərin hazırlanmasına uyğun bir vasitədir.
Electronics: Graphene elektron sektoru üçün yüksək funksional materialdır. grafenin grid ərzində pulsuz daşıyıcılarının yüksək mobillik görə, graphene yüksək tezlikli-texnologiya sürətli elektron komponentləri inkişafı üçün yüksək maraq doğurur.
Sensors: ultrasonically exfoliated graphene kimin müqavimət sürətlə dəyişir yüksək həssas və seçici conductometric sensorlar istehsalı (üçün istifadə edilə bilər >doymuş etanol buxar 10 000%) son dərəcə yüksək xüsusi capacitance (120 F / g), enerji sıxlığı (105 kW / kq), və enerji sıxlığı (9.2 Wh / kq), və ultracapacitors. (An et al. 2010)
Spirt: spirt istehsal üçün: A yan proqram spirt istehsalında graphene istifadə ola bilər graphene membranların spirt çəkmək və bununla da spirtli içkilər güclü etmək üçün orada istifadə edilə bilər.
güclü, ən elektrik keçirici və yüngül və ən çevik materialların biri kimi, graphene ultrasensitive kimyəvi detektorları üçün litium-hava batareyaları katod kimi günəş hüceyrələri, kataliz, şəffaf və emissive ekran micromechanical Rezonatörler, tranzistorlar, üçün perspektivli material edir , keçirici örtüklər, eləcə də birləşmələri aşqar kimi istifadə.
Yüksək güclü ultrasəsin iş prinsipi
Yüksək sıxlıqlarda mayelərin sonicating zaman, sıx media daxil təbliğ edən səs dalğaları yüksək təzyiq (sıxılma) və aşağı təzyiq (nadir hala) dövründən, tezliklərə bağlı dərəcələri alternativ nəticələnir. Aşağı təzyiq dövründə yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları maye sıxılmış kiçik vakuum baloncukları və ya boşluqlar yaradır. Baloncuklar daha çox enerji ala bilməyəcək bir həcmdə olduqda, yüksək təzyiq dövrü ərzində şiddətlə dağılırlar. Bu fenomen cavitasiya deyilir. Implosion zamanı çox yüksək temperatur (təxminən 5000 K) və təzyiqlər (təxminən 2,000atm) yerli olaraq əldə edilir. İmplosion çuxurluq bubble də qədər üslubunda 280 metr / s sürət maye təyyarəsi ilə nəticələnir. (Suslick 1998) ultrasonically yaradılan çuxurluq proseslərə tətbiq oluna bilər kimyəvi və fiziki təsirləri səbəb olur.
Çuxurluq bağlı Sonokimiya ~ 5000 K Bubbles daxili isti ləkələr ilə, enerji və məsələ arasında unikal qarşılıqlı təmin of ~ 1000 bar, istilik və soyutma dərəcələri təzyiqlər >1010K s-1; Bu qeyri-adi şərait qeyri-adi nanostructured materialları müxtəlif sintezi üçün imkan verir ki, adətən əlçatan deyil kimyəvi reaksiya alan, bir sıra girişi icazə. (Bang 2010)