Suda qrafenin laylara ayrılması
Ultrasəslə laylara ayırma aqressiv həlledicilərdən istifadə etmədən, yalnız təmiz su ilə azlaylı qrafen istehsal etməyə imkan verir. Yüksək güclü ultrasəslə emal qısa müddətdə qrafen təbəqələrini bir-birindən ayırır. Həlledicilərdən imtina qrafenin laylara ayrılmasını ekoloji və dayanıqlı prosesə çevirir.
Maye fazada laylara ayırma yolu ilə qrafen istehsalı
Qrafen kommersiya məqsədilə maye fazada laylara ayırma adlanan üsulla istehsal olunur. Qrafenin maye fazada laylara ayrılması kimyəvi ilkin emal üçün və ya mexaniki dispersiya üsulu ilə birlikdə istifadə olunan toksik, ətraf mühitə zərərli və bahalı həlledicilər tələb edir. Qrafen təbəqələrinin mexaniki dispersiyası üçün ultrasəslə emal tam sənaye miqyasında böyük miqdarda yüksək keyfiyyətli qrafen təbəqələri istehsal etmək üçün çox etibarlı, səmərəli və təhlükəsiz üsul kimi özünü təsdiqləmişdir. Aqressiv həlledicilərin istifadəsi həmişə xərclər, çirklənmə, mürəkkəb kənarlaşdırma və utilizasiya, təhlükəsizliklə bağlı narahatlıqlar və ətraf mühitə yük ilə müşayiət olunduğundan, toksik olmayan və daha təhlükəsiz alternativ əhəmiyyətli üstünlüklər verir. Buna görə də suyun həlledici, yüksək güclü ultrasəsin isə azlaylı qrafen təbəqələrinin mexaniki ayrılması üçün istifadə olunduğu qrafenin laylara ayrılması üsulu ekoloji qrafen istehsalı üçün çox perspektivlidir.
Qrafen nanotəbəqələrinin dispersiyası üçün maye faza kimi tez-tez istifadə olunan adi həlledicilərə dimetil sulfoksid (DMSO), N,N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirrolidon (NMP), tetrametilkarbamid (TMU), tetrahidrofuran (THF), propilen karbonataseton (PC), etanol və formamid daxildir.
Kommersiya miqyasında qrafenin laylara ayrılması üçün uzun müddətdir tətbiq olunan üsul kimi ultrasəslə emal aşağı xərclə yüksək təmizlik dərəcəsinə malik, yüksək keyfiyyətli qrafen istehsal etməyə imkan verir. Qrafenin ultrasəslə laylara ayrılması istənilən həcmə tam xətti şəkildə miqyaslandırıla bildiyindən, yüksək keyfiyyətli qrafen pulcuqlarının istehsal çıxımı qrafenin kütləvi istehsalında asanlıqla təmin edilə bilər.
UIP2000hdT 2kW gücə malik güclü ultrasəs disperseri olaraq qrafenin laylara ayrılması və dispersiyası üçün istifadə olunur.
Suda qrafenin ultrasəslə laylara ayrılması
Tyurnina və b. (2020) amplitudanın və ultrasəslə emal intensivliyinin təmiz su–qrafit məhlullarına və nəticədə qrafenin laylara ayrılmasına təsirini araşdırmışlar. Tədqiqatda Hielscher UP200S (200W, 24kHz) istifadə etmişlər. Sudan istifadə etməklə ultrasəslə laylara ayırma azlaylı qrafen təbəqələrinin ayrılması üçün birmərhələli proses kimi tətbiq edilmişdir. Açıq laboratoriya stəkanında ultrasəslə emal qurğusunda azlaylı qrafen istehsal etmək üçün 2h davam edən qısa emal kifayət etmişdir.
Suda qrafit pulcuğunun ultrasəsin mexaniki təsiri ilə laylara ayrılmasını göstərən yüksək sürətli kadrlar ardıcıllığı (a-dan f-ə) 3-mm sonotrodlu, 24 kHz tezlikli UP200s ultrasəs cihazından istifadə edilməklə aparılan prosesi əks etdirir. Oxlar kavitasiya qabarcıqlarının yarığa daxil olduğu ayrılma (laylara ayrılma) yerini göstərir.
© Tyurnina və b., 2020
Qrafenin ultrasəslə laylara ayrılmasının optimallaşdırılması
Tyurnina və b. (2020) tərəfindən istifadə olunan ultrasəs qurğusu axın rejimində işləyən qapalı ultrasəs reaktorundan istifadə etməklə daha yüksək səmərəlilik və daha sürətli laylara ayrılma üçün asanlıqla optimallaşdırıla bilər. Axın xəttində ultrasəslə emal bütün qrafit xammalının əhəmiyyətli dərəcədə daha bərabər ultrasəslə emalına imkan verir: qrafit / su məhlulu birbaşa ultrasəs kavitasiyasının məhdud fəzasına verildikdə bütün qrafit bərabər şəkildə ultrasəslə emal olunur və nəticədə yüksək keyfiyyətli qrafen pulcuqlarının yüksək çıxımı əldə edilir.
Hielscher Ultrasonics sistemləri amplituda, vaxt / qalma müddəti, enerji girişi (Ws/mL), təzyiq və temperatur kimi bütün mühüm emal parametrlərinə dəqiq nəzarət etməyə imkan verir. Optimal ultrasəs parametrlərinin təyin edilməsi ən yüksək çıxımı, keyfiyyəti və ümumi səmərəliliyi təmin edir.
Ultrasəslə emal qrafenin laylara ayrılmasını necə təşviq edir
Yüksək güclü ultrasəs dalğaları qrafit tozu və suyun və ya hər hansı həlledicinin suspenziyasına ötürüldükdə yüksək kəsilmə, intensiv turbulentlik, böyük təzyiq və temperatur fərqləri kimi ultrasəsin yaratdığı mexaniki təsirlər yüksək enerjili şərait yaradır. Bu yüksək enerjili şərait akustik kavitasiya hadisəsinin nəticəsidir.
Ultrasəs kavitasiyası haqqında daha ətraflı burada oxuyun!
Yüksək güclü ultrasəs qrafit tozunun genişlənməsini başladır, çünki mayelər qrafiti təşkil edən qrafen laylarının arasına təzyiqlə daxil olur. Ultrasəsin yaratdığı kəsilmə qüvvələri ayrı-ayrı qrafen təbəqələrini bir-birindən ayırır və onları məhlulda qrafen pulcuqları şəklində dispersiya edir. Qrafenin suda uzunmüddətli stabilliyini təmin etmək üçün səthi aktiv maddə tələb olunur.
Qrafenin maye fazada ultrasəslə laylara ayrılması mexanizmi.
Tədqiqat və şəkil: Tyurnina və b., 2021.
Qrafenin laylara ayrılması üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazları
Hielscher ultrasəs cihazlarının ağıllı funksiyaları etibarlı işi, təkrarlana bilən nəticələri və istifadə rahatlığını təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Rəqəmsal rəngli sensor ekran və brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə ilə açılan intuitiv menyudan iş parametrlərinə asanlıqla daxil olmaq və onları tənzimləmək mümkündür. Buna görə də xalis enerji, ümumi enerji, amplituda, vaxt, təzyiq və temperatur kimi bütün emal şərtləri daxili SD-karta avtomatik olaraq yazılır. Bu, əvvəlki ultrasəslə emal dövrlərini nəzərdən keçirməyə və müqayisə etməyə, həmçinin qrafenin laylara ayrılması prosesini ən yüksək səmərəlilik üçün optimallaşdırmağa imkan verir.
Hielscher Ultrasonics sistemləri bütün dünyada yüksək keyfiyyətli qrafen təbəqələrinin və qrafen oksidlərinin istehsalı üçün istifadə olunur. Hielscher sənaye ultrasəs cihazları fasiləsiz iş rejimində (24/7/365) yüksək amplitudalarla asanlıqla işləyə bilir. 200µm-ə qədər amplitudalar standart sonotrodlarla (ultrasəs zondları / buynuzları və CascatrodesTM) asanlıqla və fasiləsiz yaradıla bilər. Daha da yüksək amplitudalar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Möhkəmliyi və az texniki qulluq tələb etməsi sayəsində ultrasəslə laylara ayırma sistemlərimiz adətən ağır iş rejimli tətbiqlərdə və çətin şəraitdə quraşdırılır.
Qrafenin laylara ayrılması üçün Hielscher ultrasəs prosessorları artıq bütün dünyada kommersiya miqyasında quraşdırılmışdır. Qrafen istehsalı prosesinizi müzakirə etmək üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın! Böyük təcrübəyə malik əməkdaşlarımız laylara ayırma prosesi, ultrasəs sistemləri və qiymətlər haqqında daha ətraflı məlumatı məmnuniyyətlə paylaşacaqlar!
Qrafenin ultrasəslə sintezi, dispersiyası və funksionallaşdırılması haqqında daha ətraflı məlumat almaq üçün buraya klikləyin:
- Qrafen istehsalı
- Qrafen nanolövhəcikləri
- Suda qrafenin laylara ayrılması
- Suda dispersiya oluna bilən qrafen
- Qrafen oksidi
- Xenlər
| Partiya həcmi | Axın sərfi | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 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 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | cihazlar klasteri: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiya, emulsiyalaşdırma və ekstraksiya üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
Bilməyə dəyər faktlar
Qrafen nədir?
Qrafen sp2 rabitəli karbon atomlarından ibarət tək laydır. Qrafenin unikal material xüsusiyyətlərinə son dərəcə böyük xüsusi səth sahəsi (2620 m2 g-1), 1 TPa Yunq modulu və 130 GPa daxili möhkəmlik ilə üstün mexaniki xassələr, son dərəcə yüksək elektron keçiriciliyi (otaq temperaturunda elektronların hərəkətliliyi 2,5 × 105 cm2 V-1 s-1), çox yüksək istilik keçiriciliyi (3000 W m K-1 göstəricisindən yuxarı) daxildir; bunlar ən mühüm xüsusiyyətlərdən yalnız bir neçəsidir. Üstün material xassələri sayəsində qrafen yüksək məhsuldarlıqlı batareyaların, yanacaq elementlərinin, günəş elementlərinin, superkondensatorların, hidrogen saxlama sistemlərinin, elektromaqnit ekranların və elektron cihazların hazırlanmasında və istehsalında geniş istifadə olunur. Bundan əlavə, qrafen möhkəmləndirici əlavə kimi bir çox nanokompozitə və kompozit materiala, məsələn, polimerlərə, keramikalara və metal matrislərə daxil edilir. Yüksək keçiriciliyi sayəsində qrafen keçirici boyaların və mürəkkəblərin mühüm komponentidir.
Qüsursuz qrafenin böyük həcmlərdə aşağı xərclə sürətli və təhlükəsiz ultrasəslə hazırlanması qrafenin tətbiq sahələrini getdikcə daha çox sənaye sahəsinə genişləndirməyə imkan verir.
Qrafen bir atom qalınlığında karbon layıdır və qrafenin tək laylı və ya 2D strukturu kimi təsvir edilə bilər (tək laylı qrafen = SLG). Qrafen son dərəcə böyük xüsusi səth sahəsinə və üstün mexaniki xassələrə (1 TPa Yunq modulu və 130 GPa daxili möhkəmlik) malikdir, yüksək elektron və istilik keçiriciliyi, yükdaşıyıcıların hərəkətliliyi və şəffaflıq təmin edir, həmçinin qazları keçirmir. Bu material xüsusiyyətləri sayəsində qrafen kompozitlərə öz möhkəmliyini, keçiriciliyini və digər xassələrini vermək üçün möhkəmləndirici əlavə kimi istifadə olunur. Qrafenin xüsusiyyətlərini digər materiallarla birləşdirmək üçün qrafen qarışıqda dispersiya edilməli və ya altlıq üzərinə nazik təbəqəli örtük kimi çəkilməlidir.
Yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs texnologiyası! Hielscher məhsul çeşidi kompakt laboratoriya ultrasəs cihazından masaüstü qurğulara və tam sənaye ultrasəs sistemlərinə qədər bütün spektri əhatə edir.