Nanopločice grafena sintetizirane i dispergirane putem sonde sonde

Grafenske nanopločice (GNP) mogu se sintetizirati i dispergovati uz visoku efikasnost i pouzdanost pomoću sonikatora. Ultrazvuk visokog intenziteta koristi se za eksfolijaciju grafita i dobijanje grafena u nekoliko slojeva, koji se često naziva grafenskim nanopločicama. Sonikacija se također ističe u postizanju odlične distribucije grafenskih nanoplateleta u niskim i visoko viskoznim suspenzijama.

Obrada nanoplateleta grafena – Vrhunski rezultati sa sonication

Za obradu nanotrombocita grafena, sonikatori tipa sonde su najefikasniji, najpouzdaniji alat koji je jednostavan za korištenje. Budući da se ultrazvuk može primijeniti za sintezu, disperziju i funkcionalizaciju grafenskih nanopločica, sonikatori se koriste za brojne primjene vezane za grafen:

• Piling i sinteza Sonikatori tipa sonde koriste se za eksfolijaciju grafita u nekoliko slojeva grafena ili grafenskih nanopločica. Ultrazvučna obrada visokog intenziteta remeti međuslojne sile i razgrađuje grafit na manje, pojedinačne listove grafena.
• disperzija: Postizanje ujednačene disperzije grafenskih nanopločica u tečnom mediju ključno je za sve aplikacije vezane za grafen. Sonikatori tipa sonde mogu ravnomjerno dispergirati nanopločice po cijeloj tekućini, sprječavajući aglomeraciju i osiguravajući stabilnu suspenziju.
• Funkcionalizacija: Sonikacija olakšava funkcionalizaciju grafenskih nanopločica promicanjem vezivanja funkcionalnih grupa ili molekula na njihove površine. Ova funkcionalizacija poboljšava njihovu kompatibilnost sa specifičnim polimerima ili materijalima.

Sinteza nanotrombocita grafena putem ultrazvuka

Grafenske nanopločice mogu se sintetizirati ultrazvučnim eksfolijacijom grafita. Zbog toga se grafitna suspenzija obrađuje ultrazvukom pomoću ultrazvučnog homogenizatora tipa sonde. Ovaj postupak je testiran sa vrlo niskim (npr. 4% ili niže) do visokim koncentracijama čvrste supstance (npr. 10% ili više).
 
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.

Dobijene su slike transmisionog elektronskog mikroskopa visoke rezolucije nanolistova grafena
putem ultrazvučne disperzije vodene faze i Hummer metode.
(Studija i grafika: Ghanem i Rehim, 2018.)

Koja je razlika između grafenskih ploča i nanoplateleta?

Grafenski listovi i grafenske nanopločice su nanomaterijali sastavljeni od grafena, koji je jedan sloj atoma ugljika raspoređenih u heksagonalnu rešetku. Ponekad se grafenski listovi i grafenske nanopločice koriste kao zamjenjivi izrazi. Ali znanstveno, postoji nekoliko razlika između ovih nanomaterijala grafena: primarna razlika između grafenskih ploča i grafenskih nanopločica leži u njihovoj strukturi i debljini. Grafenske ploče sastoje se od jednog sloja atoma ugljika i izuzetno su tanke, dok su nanopločice grafena deblje i sastavljene od više naslaganih slojeva grafena. Ove strukturne razlike mogu utjecati na njihova svojstva i prikladnost za specifične primjene. Upotreba sonikatora tipa sonde je vrlo efikasna i efikasna tehnika za sintetizaciju, disperziju i funkcionalizaciju jednoslojnih grafenskih listova grafena kao i višeslojnih naslaganih grafenskih nanopločica.

Grafička vizualizacija ultrazvučne sinteze grafenskih nanopločica pomoću sonikatora UP100H
(Studija i grafika: Ghanem i Rehim, 2018.)

Disperzija nanoplateleta grafena pomoću ultrazvuka

Ujednačena disperzija grafenskih nanopločica (GNP) ključna je u različitim primjenama jer direktno utječe na svojstva i performanse rezultirajućih materijala ili proizvoda. Stoga se sonikatori instaliraju za disperzije grafenskih nanotrombocita u raznim industrijama. Sljedeće industrije su istaknuti primjeri za upotrebu ultrazvuka:
 

• Nano-kompoziti: Grafenske nanopločice se mogu ugraditi u različite nanokompozitne materijale, kao što su polimeri, kako bi se poboljšala njihova mehanička, električna i toplinska svojstva. Sonikatori tipa sonde pomažu u ravnomjernoj disperziji nanopločica unutar polimerne matrice, što rezultira poboljšanim performansama materijala.
• Elektrode i baterije: Grafenske nanopločice se koriste u razvoju elektroda visokih performansi za baterije i superkondenzatore. Sonikacija pomaže u stvaranju dobro raspršenih materijala elektroda na bazi grafena sa povećanom površinom, što poboljšava mogućnosti skladištenja energije.
• kataliza: Sonikacija se može koristiti za pripremu katalitičkih materijala na bazi grafenskih nanopločica. Ujednačena disperzija katalitičkih nanočestica na površini grafena može povećati katalitičku aktivnost u različitim reakcijama.
• Senzori: Grafenske nanopločice se mogu koristiti u proizvodnji senzora za različite primjene, uključujući senzor gasa, biosenziju i praćenje okoliša. Sonikacija osigurava homogenu distribuciju nanopločica u senzorskim materijalima, što dovodi do poboljšane osjetljivosti i performansi.
• Premazi i filmovi: Sonikatori tipa sonde koriste se za pripremu prevlaka i filmova na bazi grafenskih nanopločica za primjenu u elektronici, svemiru i zaštitnim premazima. Ujednačena disperzija i pravilno prianjanje na podloge su od ključne važnosti za ove primjene.
• Biomedicinske primjene: U biomedicinskim aplikacijama, grafenske nanopločice se mogu koristiti za isporuku lijekova, snimanje i inženjering tkiva. Sonikacija pomaže u pripremi nanočestica i kompozita na bazi grafena koji se koriste u ovim aplikacijama.

SEM slike grafenskih nanopločica na (b) X3000 i (c) X8000
(Studija i slike: ©Alizadeh et al., 2018.)

Naučno dokazani rezultati za ultrazvučne disperzije nanoplateleta grafena

Naučnici su koristili Hielscher sonikatore za sintezu i disperziju grafenskih nanopločica u brojnim studijama i snažno testirali efekte ultrazvučne obrade. U nastavku možete pronaći nekoliko primjera za uspješno miješanje grafenskih nanopločica u različite mješavine kao što su vodene smjese, ekspoy smole ili malter.
 
Uobičajena procedura za pouzdanu, brzu i jednoličnu disperziju grafenskih nanopločica je sljedeća procedura:
Za disperziju, grafenske nanopločice su sonikirane u čistom acetonu koristeći Hielscher ultrazvučni mikser UP400S skoro jedan sat kako bi se spriječilo aglomeriranje listova grafena. Aceton je potpuno uklonjen isparavanjem. Zatim su grafenske nanopločice dodane u 1 težinski % epoksidnog sistema i sonikirane u epoksidnoj smoli pri 90 W tokom 15 minuta.
(usp. Cakir et al., 2016.)
 
Druga studija istražuje pojačavanje nanofluida na bazi jonske tekućine (jonanofluidi) dodavanjem grafenskih nanopločica. Za superiornu disperziju, mješavina grafenskih nanopločica, jonske tekućine i natrijum dodecil benzen sulfonata homogenizirana je pomoću sonikatora Hielscher tipa sonde UP200S oko 90 minuta.
(usp. Alizadeh et al., 2018.)

 
Tragazikis et al. (2019) izvještavaju o efektivnoj inkorporaciji grafenskih nanopločica u malter. Stoga su vodene suspenzije grafena proizvedene dodavanjem nanopločica – u težinama koje su upisane poželjnim ciljnim sadržajem u rezultirajućim materijalima – u mješavine obične vode iz slavine i plastifikatora i naknadnim magnetskim miješanjem u trajanju od 2 min. Suspenzije su homogenizovane ultrazvukom tokom 90 minuta na sobnoj temperaturi, korišćenjem uređaja Hielscher UP400S (Hielscher Ultrasonics GmbH) opremljenog sonotrodom od 22 mm koja daje snagu od 4500 J/min na frekvenciji od 24 kHz. Specifična kombinacija brzine energije i trajanja ultrazvučne obrade utvrđena je kao optimalna nakon detaljnog istraživanja učinka ultrazvučnih parametara na kvalitet suspenzije.
(usp. Tragazikis et al., 2019.)
 
Zainal et al. (2018) navode u svom istraživanju da odgovarajuća tehnika disperzije, kao što je sonikacija, osigurava da nanomaterijali kao što su nanopločice grafena mogu poboljšati svojstva materijala za ispunu. To je zbog činjenice da je disperzija jedan od najvažnijih faktora za proizvodnju visokokvalitetnih nanokompozita kao što je epoksidna masa.

Sonikatori visokih performansi za obradu grafenskih nanoplateleta

Hielscher Ultrasonics je lider na tržištu kada su u pitanju ultrasonikatori visokih performansi za obradu nanomaterijala. Sonikatori tipa Hielscher sonde koriste se širom svijeta u laboratorijima i industrijskim okruženjima za različite primjene, uključujući obradu grafenskih nanopločica.
Najmodernija tehnologija, njemačka izrada i inženjering, kao i dugogodišnje tehničko iskustvo čine Hielscher Ultrasonics vašim preferiranim partnerom za uspješnu ultrazvučnu primjenu.

Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany

Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori lako se nose sa teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: