Hielscher Ultrasonics
Ще се радваме да обсъдим вашия процес.
Обадете ни се: +49 3328 437-420
Изпратете ни поща: info@hielscher.com

Ултразвуково ексфолиране на вододиспергиращ графен

  • Моно- и двуслойните графенови нанолистове могат да бъдат произведени бързо чрез ултразвуково ексфолиране с висока производителност и на ниска цена.
  • Ултразвуково ексфолираният графен може да бъде функционализиран с биополимери, за да се получи диспергиращ се във вода графен.
  • Чрез ултразвукова кавитация синтезираният графен може да бъде допълнително обработен в стабилна дисперсия на водна основа.

Ултразвуково ексфолиране на висококачествен графен

Ултразвукът е надежден метод за получаване на графенови слоеве (моно-, дву- и многослоен графен) от графитни люспи или частици. Докато други често срещани техники за ексфолиране като топкови и валкови мелници или смесители с високо срязване са свързани с ниско качество и използването на агресивни реагенти и разтворители, ултразвуковият метод на ексфолиране убеждава с високото си качество на продукцията, висок технологичен капацитет и меки условия на обработка.
Ултразвуковата кавитация създава интензивни сили на срязване, които разделят подредените графитни слоеве на моно-, дву- и няколко слоя графен без дефекти.

Вододиспергиращи се графенови листове чрез соникиране

Уникирането с помощта на ултразвукова сонда е ефективен метод за ексфолиране на монослойни графенови нанолистове и равномерното им разпръскване. Ултразвуковата функционализация позволява да се произвежда диспергиращ се във вода графен.Ултразвукът е ефективна процедура с повтарящи се резултати за разплитане на въглеродни нанотръби във вода или органични разтворители. [/caption] При нормални условия графенът е трудно диспергиран във вода и образува агрегати и агломерати, когато се диспергира във водна среда. Тъй като водните системи имат значителни предимства да бъдат евтини, нетоксични, екологични, графеновите системи на водна основа са много привлекателни за производителите на графен и индустрията надолу по веригата.
За да се получат диспергиращи се във вода графенови нанолистове, ултразвуково ексфолираният графен се модифицира с полизахариди / биополимери като пулулан, хитозан, алгинат, желатин или гума арабика.

Предимства:

  • висококачествен графен
  • висок добив
  • дисперсия на водна основа
  • висока концентрация
  • висока ефективност
  • бърз процес
  • ниска цена
  • Висока производителност
  • екологично чист

Искане за информация




Обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




7kW ултразвукова диспергираща система за вградено производство на графен (Щракнете за уголемяване!)

Ултразвуков реактор със сондови ултразвукови апарати за ексфолиране на графен в промишлен мащаб

Протокол за директно ексфолиране на графит с помощта на ултразвук

Нейонният пулулан и анионният алгинат (1,0 g) се разтварят отделно в 20 ml дестилирана вода, докато катионният хитозан (0,4 g) се разтваря в 20 ml дестилирана вода с 1 тегловна % оцетна киселина. Графитният прах се диспергира във водни биополимерни разтвори и се обработва с помощта на ултразвуков уред от сондовиден тип UP200S (максимална мощност 200 W, честота 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Германия), оборудван с титаниев сонотрод (микро накрайник S3, диаметър на върха 3 mm, максимална амплитуда 210 μm, плътност на акустичната мощност или повърхностен интензитет 460 W cm-2) при следните условия: 0,5 цикъл и 50% амплитуда, за период съответно от 10, 20, 30 и 60 минути. Най-добри резултати бяха получени при 30 минути ултразвук. Ултразвукът се прилага при мощност 16,25 W за 30 минути, като консумацията на енергия (изходна енергия на единица обем) е 731 Ws ml-1.
Впоследствие смесите се центрофугират при 1500 об / мин за 60 минути, за да се отстранят неексфолираните графитни частици и след това се измиват 5 пъти и отново се центрофугират при 5000 об / мин за 20 минути, за да се отстранят излишните биополимери. Получените тъмносиви разтвори се изсушават във вакуум при 40ºC до липса на загуба на маса. Получените полимер-графенови прахове се диспергират повторно във вода (1 mg ml-1 за пулулан и хитозан; 0,18 mg ml-1 за алгинат) за характеризиране. Графеновите листове, получени чрез ултразвук с помощта на пулулан, алгинат и хитозан, са обозначени съответно като pull-G, alg-G и chit-G.
От трите системи пулуланът и хитозанът са по-ефективни при ексфолиране на графит, отколкото алгинат. Този метод дава ексфолирани моно-, дву- и многослойни графенови листове само с ниски странични (ръбове) дефекти. Адсорбцията на биополимери върху повърхността на графена осигурява дълготрайна стабилност (повече от 6 месеца) на водната дисперсия.
(срв. Unalan et al. 2015)

Ултразвуково графеново ексфолиране във вода

Високоскоростна последователност (от a до f) кадри, илюстриращи сономеханично ексфолиране на графитни люспи във вода с помощта на UP200S, 200W ултразвуков уред с 3-милиметров сонотрод. Стрелките показват мястото на разцепване (ексфолиране) с кавитационни мехурчета, проникващи в разцепването.
(проучване и снимки: © Tyurnina et al. 2020 г.

Изследването на Unalan et al. 2015 дава отлични резултати за ултразвуковото приготвяне на диспергиращи се във вода графенови нанолистове. За ултразвуковото ексфолиране е използвана сонда-ултразвук Hielscher UP200S. www.hielscher.com

TEM изображения на pull-G за: (а) 10 мин; б) 20 мин; в) 30 мин; г) 60 мин; д) чит-G за 30 минути; е) alg-G за 30 мин. (Unalan et al. 2015)

Ултразвукови апарати за ексфолиране на графен

Индустриалният ултразвуков уред UIP6000hdT доставя 6000 вата ултразвук с висока интензивност чрез сонда (сонотрод) за приложения за хомогенизиране, дисперсия, емулгиране и екстракция.Високомощните ултразвукови процесори на Hielscher се използват по целия свят за успешно ексфолиране и диспергиране на графит и графен. Нашите ултразвукови диспергатори се предлагат от лабораторни и настолни до пълни промишлени производствени единици. Освен здравина, 24/7 работа и ниска поддръжка, ултразвуковите апарати Hielscher убеждават с висока лекота на обработка и линейна мащабируемост.
Процесите могат лесно да бъдат тествани и оптимизирани в лабораторията. След това всички резултати от процеса могат да бъдат мащабирани напълно линейно до ниво на търговско производство. Това прави ултразвука ефективен и ефикасен производствен метод за голям обем висококачествени графенови листове.
Индустриалните ултразвукови процесори Hielscher Ultrasonics могат да осигурят много високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Съвпадащите ултразвукови реактори осигуряват възможност за надеждно и безопасно масово производство на висококачествени графенови нанолистове, както и стабилни нанолистови дисперсии.

Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:

Обем на партидата Дебит Препоръчителни устройства
10 до 2000 мл 20 до 400 мл/мин UP200Ht, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4 л/мин UIP2000hdT
10 до 100L 2 до 10 л/мин UIP4000
Н.А. 10 до 100 л/мин UIP16000
Н.А. Голям Клъстер от UIP16000

Свържете се с нас! / Попитайте ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формуляра по-долу, за да поискате допълнителна информация относно ултразвуковите диспергатори за ексфолиране на нанолистове, приложения, свързани с графена, технически подробности и цени. Ще се радваме да обсъдим с вас процеса на производство на графен и да ви предложим ултразвуков уред, отговарящ на вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




Интензивната ултразвукова реакция с помощта на ултразвукова сонда (сонотрод) е високоефективен метод за разслояване и ексфолиране на графенови нанолистове.

Механизъм на ултразвуково ексфолиране на 2D нанолистове.
(проучване и графика: Tyurnina et al., 2020)



Факти, които си струва да знаете

графен

Графенов лист Графенът е монослой от sp2-свързани въглеродни атоми. Графенът предлага уникални характеристики на материала, като изключително голяма специфична повърхност (2620 m)2g-1), превъзходни механични свойства с модул на Йънг от 1 TPa и вътрешна якост от 130 GPa, изключително висока електронна проводимост (подвижност на електроните при стайна температура от 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), много висока топлопроводимост (над 3000 W m K-1), за да назовем най-важните свойства. Поради превъзходните си свойства на материала, графенът се използва широко при разработването и производството на високопроизводителни батерии, горивни клетки, слънчеви клетки, суперкондензатори, водородни хранилища, електромагнитни екрани и електронни устройства. Освен това графенът е включен в много нанокомпозити и композитни материали като подсилваща добавка, например в полимери, керамика и метални матрици. Поради високата си проводимост, графенът е важен компонент на проводимите бои и мастила.
Бързият и безопасен Ултразвукова подготовка на бездефектен графен при големи обеми при ниски разходи позволява разширяване на приложенията на графена във все повече и повече индустрии.

Литература/Препратки


Високоефективна ултразвук! Продуктовата гама на Hielscher обхваща пълния спектър от компактен лабораторен ултразвуков апарат до настолни ултразвукови системи до напълно индустриални ултразвукови системи.

Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.

Ще се радваме да обсъдим вашия процес.

Нека се свържем.