Графен nanoplatelets (GNPs) могат да бъдат синтезирани и диспергирани с висока ефективност и надеждност с помощта на ултразвукови апарати. Висока интензивност ултразвук се използва за ексфолиране на графит и получаване на няколко слоя графен, често наричан графен нанотромбоцити. Соникацията също превъзхожда в постигането на отлично разпределение на графеновите нанотромбоцити както в ниски, така и в силно вискозни суспензии.

Графен Nanoplatelet обработка – Превъзходни резултати с ултразвук

За обработка на графенови нанотромбоцити, сонда тип соникатори са най-ефективни, надеждни и лесни за използване инструмент. Тъй като ултразвук може да се прилага за синтез, дисперсия и функционализиране на графен nanoplatelets, sonicators се използват за множество приложения, свързани с графен:

• Ексфолиране и синтез Сонда тип соникатори се използват за ексфолиране на графит в няколко слоя графен или графен нанотромбоцити. Ултразвукът с висока интензивност нарушава силите на междинния слой и разгражда графита на по-малки, отделни листове графен.
• Дисперсия: Постигането на равномерна дисперсия на графеновите нанотромбоцити в течна среда е от решаващо значение за всички приложения, свързани с графена. Сонда тип соникатори могат да разпръснат нанотромбоцитите равномерно в цялата течност, предотвратяване на агломерация и осигуряване на стабилна суспензия.
• Функционализация: Соникацията улеснява функционализирането на графеновите нанотромбоцити чрез насърчаване на прикрепването на функционални групи или молекули към техните повърхности. Тази функционализация подобрява тяхната съвместимост със специфични полимери или материали.

Графен Nanoplatelet синтез чрез соникация

Графен nanoplatelets могат да бъдат синтезирани чрез ултразвуково подпомага графит ексфолиация. Следователно, графитна суспензия се обработва с ултразвук с помощта на ултразвуков хомогенизатор тип сонда. Тази процедура е тествана с много ниски (например 4wt% или по-ниски) до високи твърди (например 10wt% или по-високи) концентрации.
 
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.

Получени изображения с трансмисионен електронен микроскоп с висока разделителна способност на графенови нанолистове
чрез ултразвуково подпомага водна фаза дисперсия и Hummer метод.
(Проучване и графика: Ghanem and Rehim, 2018)

Каква е разликата между графеновите листове и нанотромбоцитите?

Графеновите листове и графеновите нанотромбоцити са наноматериали, съставени от графен, който е един слой въглеродни атоми, подредени в шестоъгълна решетка. Понякога графеновите листове и графеновите нанотромбоцити се използват като взаимозаменяеми термини. Но научно има няколко разлики между тези графенови наноматериали: Основната разлика между графеновите листове и графеновите нанотромбоцити се крие в тяхната структура и дебелина. Графеновите листове се състоят от един слой въглеродни атоми и са изключително тънки, докато графеновите нанотромбоцити са по-дебели и съставени от множество подредени графенови слоеве. Тези структурни различия могат да повлияят на техните свойства и пригодност за конкретни приложения. Използването на сонда тип соникатори е високо ефективна и ефикасна техника за синтезиране, разпръскване и функционализиране на графен еднослойни графенови листове, както и няколко слоя подредени графенови нанотромбоцити.

Графично визуализиране на ултразвуковия синтез на графенови нанотромбоцити с помощта на соникатор UP100H
(Проучване и графика: Ghanem and Rehim, 2018)

Дисперсия на графен нанотромбоцити с помощта на ултразвук

Равномерната дисперсия на графеновите нанотромбоцити (БНП) е от решаващо значение в различни приложения, тъй като пряко влияе върху свойствата и производителността на получените материали или продукти. Ето защо, соникатори са инсталирани за графен nanoplatelet дисперсии в различни индустрии. Следните индустрии са видни примери за използването на мощност-ултразвук:
 

• Нанокомпозити: Графеновите нанотромбоцити могат да бъдат включени в различни нанокомпозитни материали, като полимери, за да подобрят техните механични, електрически и термични свойства. Сонда тип соникатори помощ в равномерно диспергиране на nanoplatelets в рамките на полимерната матрица, което води до подобрена производителност на материала.
• Електроди и батерии: Графеновите нанотромбоцити се използват при разработването на високопроизводителни електроди за батерии и суперкондензатори. Соникацията помага за създаването на добре диспергирани електродни материали на основата на графен с увеличена повърхност, което подобрява възможностите за съхранение на енергия.
• Катализа: Соникацията може да се използва за приготвяне на каталитични материали на базата на графенови нанотромбоцити. Равномерната дисперсия на каталитични наночастици върху повърхността на графена може да повиши каталитичната активност в различни реакции.
• Сензори: Графеновите нанотромбоцити могат да бъдат използвани при производството на сензори за различни приложения, включително наблюдение на газ, биочувствителност и мониторинг на околната среда. Соникацията осигурява хомогенно разпределение на нанотромбоцитите в сензорните материали, което води до подобрена чувствителност и производителност.
• Покрития и филми: Сонда тип соникатори се използват за подготовка на графен nanoplatelet-базирани покрития и филми за приложения в електрониката, космическата и защитните покрития. Равномерната дисперсия и правилната адхезия към субстратите са от решаващо значение за тези приложения.
• Биомедицински приложения: В биомедицинските приложения графеновите нанотромбоцити могат да се използват за доставяне на лекарства, изображения и тъканно инженерство. Sonication помага при подготовката на графен базирани наночастици и композити, използвани в тези приложения.

SEM изображения на графенови нанотромбоцити при (б) X3000 и (c) X8000
(Проучване и изображения: ©Alizadeh et al., 2018)

Научно доказани резултати за ултразвукови графен нанотромбоцитни дисперсии

Учените са използвали Hielscher соникатори за синтеза и дисперсията на графен nanoplatelets в многобройни проучвания и тествани ефектите на ултразвук енергично. По-долу можете да намерите няколко примера за успешното смесване на графенови нанотромбоцити в различни смеси като водни суспензии, експои смоли или хоросан.
 
Обща процедура за надеждна, бърза равномерна дисперсия на графенови нанотромбоцити е следната процедура:
За дисперсия, графен nanoplatelets са обработени с ултразвук в рамките на чист ацетон с помощта на Hielscher ултразвуков миксер UP400S за почти един час, за да се предотврати агломерация на графен листове. Ацетонът се отстранява напълно чрез изпаряване. След това графеновите нанотромбоцити се добавят при 1 тегловни % от епоксидната система и се обработват с ултразвук в епоксидната смола при 90W в продължение на 15 минути.
(срв. Cakir et al., 2016)
 
Друго проучване изследва подсилването на нанофлуиди на основата на йонна течност (йонанофлуиди) чрез добавяне на графенови нанотромбоцити. За превъзходна дисперсия, сместа от графен нанотромбоцити, йонна течност и натриев додецил бензен сулфонат се хомогенизира с помощта на Hielscher сонда тип соникатор UP200S за около 90 минути.
(срв. Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis et al. (2019) докладват ефективното включване на графенови нанотромбоцити в хоросан. Следователно, водни суспензии от графен са произведени чрез добавяне на нанотромбоцити – при тежести, вписани от желаното целево съдържание в получените материали – в смеси от обикновена чешмяна вода и пластификатор и последващо магнитно разбъркване в продължение на 2 минути. Суспензиите бяха хомогенизирани чрез ултразвук за 90 минути при стайна температура, с помощта на Hielscher UP400S устройство (Hielscher Ultrasonics GmbH), оборудван с 22mm-издатина, осигуряваща пропускателна способност на мощност от 4500 J / min при честота 24 kHz. Специфичната комбинация от енергийна скорост и продължителност на ултразвук е установено като оптимално след щателно изследване на ефекта от параметрите на ултразвук на качеството на суспензията.
(срв. Tragazikis et al., 2019)
 
Zainal et al. (2018) заявяват в своите изследвания, че правилната техника на дисперсия като ултразвук гарантира, че наноматериали като графенови наноплочи могат да подобрят свойствата на запълващите материали. Това се дължи на факта, че дисперсията е един от най-важните фактори за производството на висококачествени нанокомпозити като епоксидна фугираща смес.

Високопроизводителни соникатори за обработка на графенови нанотромбоцити

Hielscher Ultrasonics е лидер на пазара, когато става въпрос за високопроизводителни ultrasonicators за обработка на наноматериали. Hielscher сонда тип соникатори се използват в световен мащаб в лаборатории и промишлени настройки за различни приложения, включително обработката на графен nanoplatelets.
Състоянието на най-съвременните технологии, немски изработка и инженеринг, както и дългогодишен технически опит правят Hielscher Ultrasonics предпочитания от вас партньор за успешно ултразвуково приложение.

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Hielscher ultrasonicators са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват гладкото интегриране на нашите ultrasonicators в промишлени съоръжения. Груби условия и взискателни среди се обработват лесно от Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и постави специален акцент върху високопроизводителни ultrasonicators с участието на най-съвременните технологии и удобство за потребителя. Разбира се, Hielscher ultrasonicators са CE съвместими и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: