Hielscher ултразвукова технология

Ултразвуково Графенът Получаване

Графенът

Графит се състои от две триизмерни листа SP2-хибридизира, шестоъгълник подредени въглеродни атома - на графен - че редовно се подреждат. В графен е атом тънки листове, които образуват графит от не-свързващите взаимодействия, се характеризират с изключително голяма площ. Графенът показва изключителна сила и твърдост по нейните базовите нива, която достига с ок. 1020 GPa почти стойността сила на диамант.
Графенът е основен структурен елемент на някои алотропия включително, освен графит, също въглеродни нанотръби и фулерени. Използва се като добавка, графен може драматично подобряване на електрически, физични, механични и бариерни свойства на полимерните композити при изключително ниски натоварвания. (Xu, Suslick 2011)
С свойствата си графенът е материал на суперлативи и по този начин обещава за индустрии, които произвеждат композитни материали, покрития или микроелектроника. Geim (2009) описва графенът като свръхматериал накратко в следния параграф:
"Това е най-тънкият материал във вселената и най-силните, измерени някога. Неговите носещи носители проявяват гигантска вътрешна подвижност, имат най-малката ефективна маса (нула) и могат да преминават дълги разстояния на микрометъра без разсейване при стайна температура. Графенът може да поддържа текущите плътности с по 6 поръчки по-високи от медта, показва рекордна топлопроводимост и твърдост, е непропусклив за газовете и помирява такива противоречиви качества като чупливост и пластичност. Електронният транспорт в графен е описан от Дирак-подобно уравнение, което позволява изследването на релативистичните квантови феномени в експеримент с пейка.
Благодарение на характеристиките на тези изключителни материала, графенът е един от най-обещаващите материали и стои във фокуса на изследванията наноматериал.

Graphene consists in carbon atoms which are arranged in a regular hexagonal pattern. i

Поради изключителната си здравина и твърдост материали, графенът е най-обещаващите материалите в нано наука. © 2010AlexanderAIUS Криейтив Комънс

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Мощна ултразвукова

Когато звуковите вълни, които се разпространяват в течната среда, водят до редуване на цикли с високо налягане (сгъстяване) и ниско налягане (разреждане) с честота, която зависи от честотата. По време на цикъла с ниско налягане високочестотните ултразвукови вълни създават мехурчета или празнини в течността. Когато мехурчетата достигнат обем, при който вече не могат да поглъщат енергия, те се разпадат бурно по време на цикъл с високо налягане. Това явление се нарича кавитация. По време на имплозията се достигат много високи температури (приблизително 5000K) и налягания (приблизително 2000 атм). Имплозията на кавитация мехур също води до течни струи до 280 m / и скорост. (Suslick 1998) на ултразвуково генерирани кавитация причинява химични и физични въздействия, които могат да се прилагат процеси.
Кавитация предизвикан Sonochemistry осигурява уникална взаимодействие между енергия и значение, с горещи точки в рамките на мехурчета от ~ 5000 К, налягане от ~ 1000 бар, отопление и охлаждане проценти на >1010K S-1; тези изключителни условия позволяват достъп до набор от химическа реакция пространство обикновено не са достъпни, което дава възможност за синтез на голямо разнообразие от необичайни наноструктурирани материали. (Bang 2010)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

Ултразвукова кавитация в течна

Ултразвуково Получаване на Графенът

Тъй като извънредните характеристики на графита са известни, са разработени няколко метода за тяхното получаване. Освен химичното производство на графени от графен оксид в многоетапни процеси, за които са необходими много силни окислителни и редуциращи агенти. Освен това, графенът, приготвен при тези тежки химични условия, често съдържа голямо количество дефекти дори след редукция в сравнение с графени, получени от други методи. Ултразвукът обаче е доказана алтернатива за производството на висококачествен графен, също в големи количества. Изследователите са разработили малко по-различни начини чрез ултразвук, но като цяло производството на графени е прост процес в един етап.
За да се даде пример за специфичен производство графен маршрут: Графит се прибавя в смес от разредена органична киселина, алкохол и вода, и след това сместа се подлага на ултразвуково облъчване. Киселината работи като “молекулна клин” която разделя листове графен от графита родител. По този прост процес, се създава голямо количество неповредени, висококачествен графен диспергира във вода. (An и др. 2010 г.)

Hielscher covers the full range from compact lab ultrasonicators to bench-top size and full commercial production size systems.

Мощен и надежден ултразвуково оборудване по разнообразие на приложения, като например хомогенизиране, извличане, обработка на нано материал, или sonochemistry.

Графенът Direct Ексфолирането

Блокада дава възможност за получаване на графени в органични разтворители, повърхностноактивни вещества / водни разтвори или йонни течности. Това означава, че използването на силни окислителни или редукционни агенти могат да бъдат избегнати. Станкович и сътр. (2007), произведена от графен ексфолиране под ултразвук.
Изображенията на AFM на графен оксид експандиран от ултразвуковата обработка при концентрации от 1 мг / мл във вода винаги разкриват наличието на листове с равномерна дебелина (~ 1 пМ; пример е показан на фигура 1 по-долу.). Тези добре експандиран проби от графен оксид не съдържат листове или по-дебел или по-тънък от 1 nm, което води до заключението, че пълното излющване на графена оксид до отделни графен оксид листа наистина е постигната при тези условия. (Станкович и др. 2007 г.)

Hielscher's High Power Ultrasound Devices are the ideal tool to prepare graphene - both in lab scale as well as in full commercial process streams

Фиг 1:. AFM изображения от експандиран GO листове с три височина профили, придобити на различни места (Станкович и др 2007).

Получаване на графен листове

Stengl и сътр. показват успешното получаване на чисти графен листове в големи количества по време на производството на нестехиометрично TiO2 графен nanocomposit чрез термична хидролиза на суспензия с графен nanosheets и титанов пероксо комплекс. Чистите графен nanosheets бяха произведени от естествен графит се използва поле кавитация с висок интензитет, генерирани от ултразвуков процесор Hielscher на UIP1000hd в ултразвукова реактор с високо налягане при 5 бара. листове графен получени, с висока специфична повърхност и уникални електронни свойства, могат да бъдат използвани като добра поддръжка на TiO2 за повишаване на фотокаталитичната активност. Изследователската група твърди, че качеството на ултразвука подготвени графен е много по-висока от графен, получен по метода на Hummer, където графит е разслоена и се окислява. Както физическите условия в ултразвукова реактора могат да бъдат точно контролирани и с допускането, че концентрацията на графен като добавка ще варира в диапазона от 1 – 00.001%, производството на графен при продължителен процес на търговски мащаб е възможно.

Получаване от ултразвуковата обработка на Графенът оксид

О и сътр. (2010) са показали маршрут препарат се използва ултразвуково облъчване за получаване на графен оксид (GO) слоеве. Следователно, те суспендира двадесет и пет милиграма графен окис в 200 мл дейонизирана вода. Чрез разбъркване те получава нехомогенна кафява суспензия. Получените суспензии са обработват с ултразвук (30 минути, 1.3 х 105J), и след сушене (при 373 К) за обработена ултразвуково графен окис се произвежда. А FTIR спектроскопия показва, че ултразвуковата обработка не се променя функционалните групи на графен оксид.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

Фигура 2:. SEM изображение на графенови nanosheets получени чрез ултразвук (О сътр 2010).

Функционализиране на графена Sheets

Xu и Suslick (2011) описват удобен метод една стъпка за получаване на полистирен функционализиран графит. В изследването си, те се използват графитни люспи и стирол като основна суровина. Чрез подлагане на ултразвукова баня на графитни люспи в стирен (реактивен мономер), ултразвуково облъчване на доведе до Механохимична ексфолиране на графитни люспи в един слой и няколко слоя графен листове. Едновременно с това е била постигната кционализиране на графенови листове с вериги от стиропор.
Същият процес на функционализиране може да се извърши с други винилови мономери за композитни материали на базата на графен.

Получаване на Nanoribbons

Изследователската група на Hongjie Dai и колегите му от Станфордския университет откриха техника за подготовка на нанориборни. Графенните ленти са тънки ленти от графен, които могат да имат още по-полезни характеристики от графинните листове. При ширини от около 10 nm или по-малки, поведението на графинните ленти е подобно на полупроводникови, тъй като електроните са принудени да се движат по дължина. По този начин може да е интересно да се използват нанорибони с полупроводникови функции в електрониката (например за по-малки, по-бързи компютърни чипове).
Dai и сътр. Получаване на графенови nanoribbons бази на два етапа: първо, те разхлаби слоевете на графен от графит чрез топлинна обработка на 1000ºC продължение на една минута в 3% водороден в аргон. След това, на графена се разделя на ивици с помощта на ултразвук. На nanoribbons получени чрез тази техника се характеризират с много "гладко’ ръбове от тези, направени чрез конвенционални литографски средства. (Jiao и др. 2009 г.)

Получаване на въглерод Nanoscrolls

Въглеродните Nanoscrolls са подобни на мулти-въглеродни нанотръби. Разликата до MWCNTs е отворените съвети и пълната достъпност на вътрешните повърхности на други молекули. Те могат да бъдат синтезирани мокро химически чрез интеркалиращи графит с калий, ексфолиращ във вода и подлагане на ултразвукова баня колоидната суспензия. (Вж Viculis и др. 2003 г.) ултразвук подпомага превъртане нагоре от графен монослоевете в въглеродни nanoscrolls (виж фиг. 3). Висок коефициент на полезно действие 80% е постигнато, което прави производството на nanoscrolls интересни за търговски приложения.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

Фигура 3: Ултразвуково синтез от въглероден Nanoscrolls (Viculis сътр 2003).

Графенът дисперсии

Степента на дисперсия на графен и графен оксид е изключително важна за използване на пълния потенциал на графен със специфичните му характеристики. Ако графенът не се диспергира при контролирани условия, полидисперсността на дисперсията на графена може да доведе до непредсказуемо или нееднородно поведение, след като бъде включено в устройствата, тъй като свойствата на графена варират в зависимост от неговите структурни параметри. Sonication е доказано лечение за отслабване на междинните сили и позволява точен контрол на важните параметри за обработка.
"За графен оксид (GO), който обикновено се експандиран като еднослойни листове, един от основните предизвикателства полидисперсност възниква от вариации в страничната област на люспи. Доказано е, че средният размер на страничната GO може да бъде изместен от 400 пМ до 20 цт чрез промяна на графит изходен материал и условията на ултразвук. "(Green и др. 2010 г.)
Ултразвуковите Диспергиращи на графен резултат на фини и дори колоидни суспензии е доказана в различни други изследвания. (Liu и др. 2011 / бебе и др. 2011 / Чой и др. 2010 г.)
Zhang и сътр. (2010) показват, че чрез използването на ултразвук стабилна графен дисперсия с висока концентрация от 1 мг · мл-1 и относително чисти графен листове са постигнати, и като подготвени графен листове показват висока електрическа проводимост от 712 S · m-1, Резултатите от Фурие трансформиран инфрачервен спектър и Raman спектър изследване показват, че методът на ултразвукова препарат има по-малко увреждане на химически и кристални структури на графен.

Потенциалните приложения

Биологични приложения: Пример за ултразвукова подготовка на графена и неговата биологична употреба са дадени в изследването "Синтез на графено-златни нанокомпозити чрез звукохимично редуциране" от Park et al. (2011), където се синтезира нанокомпозит от намалени графенови оксиди-златни (Au) наночастици чрез едновременно намаляване на златните йони и нанасяне на наночастици на злато едновременно върху повърхността на редуцирания графен оксид. За да се улесни намаляването на златните йони и генерирането на кислородни функционални групи за закрепване на златните наночастици върху редуцирания графен оксид, ултразвуковото облъчване се прилага към сместа от реагенти. Производството на злато-свързващи пептид-модифицирани биомолекули показва потенциала на ултразвуковото облъчване на графен и графинови композити. Следователно, ултразвукът изглежда е подходящ инструмент за подготовка на други биомолекули.
Електроника: Графенът е изключително функционални материали за електронния сектор. По голямата мобилност на таксата превозвачи в рамките на мрежата на графена, графенът е от най-висока лихва за развитието на бързи електронни компоненти в висока честота-технология.
Датчици за ултразвуково експандиран графен могат да бъдат използвани за производството на силно чувствителни и селективни кондуктометрични датчици (чието съпротивление бързо се променя >10 000% в етанол наситен пара) и ултракондензатори с изключително висока специфична капацитет (120 F / G), плътност на мощността (105 кВт / кг) и енергийна плътност (9.2 Wh / кг). (An и др. 2010 г.)
Алкохол: За производството на алкохол: Една молба страна може да бъде използването на графена в производството на алкохол, има графенови мембрани могат да бъдат използвани за дестилация на алкохол и да се направи по този начин по-силни алкохолни напитки.
Както най-силните и най-електропроводими и един от най-леките и най-гъвкави материали, графен е обещаващ материал за слънчеви клетки, катализа, прозрачни и излъчващи дисплеи, микро механични резонатори, транзистори, като катод в литиево-въздушни батерии, за свръхчувствителни химически детектори , проводими покрития, както и използването като добавка в съединения.

Свържете се с нас / Попитай за повече информация

Свържете се с нас за вашите изисквания за обработка. Ние ще ви препоръча най-подходящите настройки и обработка на параметрите за вашия проект.





Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


Изтеглете цялата статия като PDF тук:
Ултразвуковата подпомага подготовката на графена

Позоваването литература /

  • Един, X .; Simmons, Т .; Shah, R .; Wolfe, С .; Луис, К. М .; Вашингтон, М .; Nayak, S. K .; Talapatra, S .; Кар, С. (2010): Стабилни водни дисперсии на ковалентно Функционализирани Графенът от графит и техните приложения Мултифункционален с висока производителност. Nano Letters 10/2010. стр. 4295-4301.
  • Бебе, Т. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): Подобрена конвективен пренос на топлина с помощта на графенови диспергира нанофлуиди. Наномащабна Research Letters 6: 289, 2011.
  • Взрив, J. Н .; Suslick, К. S. (2010): Приложение на ултразвук за синтез на Наноструктурирани материали. Разширени Материали 22/2010. стр. 1039-1059.
  • Choi, Е. Y .; Han, Т. Н .; Hong, J .; Kim, J. Е .; Lee, С. Н .; Kim, H. W .; Kim, S. О. (2010): нековалентно функционализиране на графен с крайни функционални полимери. Вестник на материали Химия 20/2010 г. стр. 1907-1912.
  • Гейм, А. К. (2009): Графенът: състояние и перспективи. Наука 324/2009. стр. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Green, А. А .; Hersam, М. В. (2010): Emerging методи за получаване на монодисперсен графен дисперсии. Вестник Физични Chemistry Letters 2010 стр. 544-549.
  • Guo, J .; Zhu, S .; Чен, Z .; Li, Y .; Ю, Я .; Liu, Z .; Liu, Q .; Li, J .; Фън, С .; Zhang, D. (2011): Sonochemical синтез на TiO (2 наночастици на графен за използване като фотокатализатор
  • Hasan, К. ул; Sandberg, М. О .; Нур, О .; Willander, М. (2011): поликатион стабилизиране на графенови суспензии. Наномащабна Research Letters 6: 493, 2011.
  • Liu, X .; Пан, L .; Lv, Т .; Zhu, G .; Lu, Т .; Слънце, Z .; Sun, В. (2011): Микровълнова помощта на синтеза на TiO2-понижено графен оксид сухи за фотокаталитичната намаляване на Cr (VI). RSC аванси 2011 година.
  • Malig, J .; Енглерт, J. М .; Hirsch, A .; Guldi, D. M. (2011): Мокро Химия на Графенът. Интерфейсът за електрохимическа общество, пролетта на 2011 година стр. 53-56.
  • О, W. гл .; Чен, М. L .; Zhang, К .; Zhang, F. J .; Jang, W. К. (2010): Ефектът на топло- и ултразвуковата обработка на формирането на Графенът-оксидни Nanosheets. Вестник на 4/56 корейската Physical Society, 2010. стр. 1097-1102.
  • Sametband, М .; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): графен оксид микросфери получени чрез прост метод едноетапен ултразвук. New вестник Chemistry 36/2012. стр. 36-39.
  • Savoskin, М. V .; Mochalin, V. N .; Yaroshenko, A. P .; Лазарева, N. I .; Konstanitinova, Т. Е .; Baruskov, I. V .; Прокофиев, I. G. (2007): Въглеродни nanoscrolls произведени от акцептор тип графит интеркалационни съединения. Въглероден 45/2007. стр. 2797-2800.
  • Станкович, S .; Dikin, D. A .; Piner, R. D .; Kohlhaas, К. A .; Kleinhammes, A .; Jia, Y .; Wu, Y .; Nguyen, S. Т .; Ruoff, R. S. (2007): Синтез на графенови базирани nanosheets чрез химическа редукция на експандиран графит оксид. Въглероден 45/2007. стр. 1558-1565.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vlácil, П. (2011): TiO2-Графенът нанокомпозитни фотокатализатори като висока производителност. В: вестник физикохимия С 115/2011. стр. 25209-25218.
  • Suslick, К. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia на химичните технологии; Четвъртия Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, Vol. 26, стр. 517-541.
  • Viculis, L. М .; Mack, J. J .; Kaner, Р. В. (2003): химичен път към Carbon Nanoscrolls. Наука, 299/1361; 2003 година.
  • Xu, Н .; Suslick, К. S. (2011): Sonochemical Получаване на функционализирани графени. В: вестник на American Chemical Society 133/2011. стр. 9148-9151.
  • Zhang, W .; Той, W .; Jing, X. (2010): Получаване на стабилна дисперсия Графенът с висока концентрация чрез ултразвук. Вестник физикохимия B 32/114, 2010. стр. 10368-10373.
  • Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Дянков, G .; Дай, H. (2009): Тесните графенови nanoribbons от въглеродни нанотръби. Nature 458/2009 стр. 877-880.
  • Парк, G .; Lee, К. G .; Lee, S. J .; Park, T. J .; Wi, R .; Ким, Д. Х. (2011): Синтез на Графенът-Gold нанокомпозити чрез Sonochemical Намаляване. Вестник на нанонауката и нанотехнологиите 7/11, 2011 г. стр. 6095-6101.
  • Zhang, RQ; De Sakar, A. (2011): Теоретични изследвания върху формирането, настройката и адсорбцията на графинните сегменти. В: М. Сергей (изд.): Физика и приложения на графен - теория. InTech 2011. стр. 3-28.