Ултразвукова дисперсия на графен

Факти, които си струва да знаете

Какво е графен?

Графенът е слой въглерод с дебелина един атом, който може да бъде описан като еднослойна или 2D структура на графен (еднослоен графен = SLG). Графенът има изключително голяма специфична повърхност и превъзходни механични свойства (модул на Йънг от 1 TPa и вътрешна якост от 130 GPa), предлага голяма електронна и топлопроводимост, подвижност на носителя на заряд, прозрачност и е непропусклив за газове. Поради тези характеристики на материала, графенът се използва като подсилваща добавка, за да придаде на композитите неговата здравина, проводимост и др. За да се комбинират характеристиките на графена с други материали, графенът трябва да се диспергира в съединението или да се нанася като тънкослойно покритие върху субстрат.
Често срещаните разтворители, които често се използват като течна фаза за диспергиране на графенови нанолистове, включват диметилсулфоксид (DMSO), N,N-диметилформамид (DMF), N-метил-2-пиролидон (NMP), тетраметилурирея (TMU, тетрахидрофуран (THF), пропилен карбонатацетон (PC), етанол и формамид.

Може ли графенът да се разпръсне във вода?

Да, графенът може да се диспергира във вода с помощта на повърхностноактивни вещества, полимери или други стабилизиращи агенти, за да се предотврати агрегацията и да се поддържа стабилността на дисперсия. Надеждното диспергиращо оборудване като сондови ултразвукоразпръсквачи също играят решаваща роля в дисперсията на графена, като използват ултразвукова енергия за разграждане на агломератите и намаляване на размера на графеновите частици, насърчавайки по-равномерна и стабилна дисперсия в течната среда.

Може ли графеновият оксид да се разтвори във вода?

Да, графеновият оксид може да се разтвори във вода поради съдържащите кислород функционални групи, които повишават неговата хидрофилност и му позволяват да образува стабилни водни дисперсии.

Кой е най-добрият разтворител за диспергиране на графен?

Най-добрият разтворител за диспергиране на графен е N-метил-2-пиролидон (NMP) поради високата си полярност и способността да стабилизира графеновите листове, което води до равномерна и стабилна дисперсия.

Защо графенът е неразтворим във вода?

Графенът е неразтворим във вода, тъй като му липсват функционални групи, които могат да взаимодействат с водните молекули, което го прави хидрофобен и податлив на агрегация поради силните сили на Ван дер Ваалс между графеновите листове.

Защо графенът се използва в композитите?

Графенът е с дебелина един атом най-тънкият, с тегло около 0,77 mg на 1m² най-лекият и с твърдост на опън от 150 000 000 psi (100-300 пъти по-здрав от стоманата) и якост на опън от 130 000 000 000 Pascals най-здравият известен материал.
Освен това графенът е най-добрият топлопроводник (при стайна температура с (4,84±0,44) × 10³ до (5.30±0.48) × 10³ W·m^-11· K^-1) и най-добрия електрически проводник (подвижност на електроните по-висока до 15 000 cm²· V^-1·^-1).
Друга важна характеристика на графена е неговото оптично свойство с поглъщане на светлина при πα≈2,3% от бялата светлина и прозрачният му вид.
Чрез включване на графен в матрици, тези изключителни характеристики на материала могат да бъдат прехвърлени в получения композит, който предлага уникални функционалности. Такива подсилени с графен композити предлагат нови възможности за разработване на материали и промишлени приложения. Поради своите характеристики графенът и графен-композитите вече са широко разпространени в производството на високопроизводителни батерии, суперкондензатори, проводими мастила, покрития, фотоволтаични системи и електронни устройства
Ултразвуковите апарати на Hielscher доставят необходимите сили на срязване с висока степен за преодоляване на силите на Ван дер Ваалс, за да разпределят графеновите нанолистове равномерно в композитни матрици. Ултразвукови дисперсьори като UIP2000hdT или UIP16000 се използват за производство на нанокомпозити, подсилени с графен и графенов оксид.