Hajelscher ultrazvuk tehnologije

Ultrazvučni grafena Priprema

grafena

Grafit se sastoji od dvodimenzionalno listova, heksagonalno uređen atoma ugljika SP2-hibridizovala - je grafen - koje se redovno složen. U grafena Atom-tanke listove, koji čine grafita od strane ne-vezivanja interakcije, karakterizira ekstremno veću površinu. Grafena pokazuje izuzetnu snagu i čvrstinu duž njegove bazalnog nivoa koji dostiže sa cca. 1020 GPa gotovo vrijednost snagu dijamant.
Grafena je osnovni strukturalni element nekih alotropi uključujući, pored grafita, i nanocijevi i fulerena. Koristi se kao aditiv, grafen može dramatično poboljšati električni, fizički, mehanički i barijera svojstva polimernih kompozita na ekstremno niskim opterećenja. (Xu, Suslick 2011.)
Svojim svojstvima, grafen je materijal superlativa i time obećava industriju koja proizvodi kompozite, premaze ili mikroelektroniku. Geim (2009) opisuje grafenu kao supermaterijalnu koncizno u sledećem paragrafu:
"To je najtanji materijal u svemiru i najjači ikada izmjeriti. Njegova naboja pokazuju gigant unutrašnju mobilnost, imaju najmanji efektivne mase (to je nula) i mogu putovati mikrometar-velike udaljenosti bez rasipanja na sobnoj temperaturi. Grafen može izdržati gustine struje 6 narudžbe veće od bakra, prikazuje rekord toplotnu provodljivost i krutost, ne propušta plinove i miri kao što konfliktnih kvalitetama kao krtosti i duktilnosti. Transport elektrona u grafen je opisan od strane Dirac nalik jednačina, što omogućava istraživanje relativističke kvantne pojave u klupi-top eksperiment. "
Zbog karakteristika ove izvanredne materijala, grafen je jedan od najperspektivnijih materijala i stoji u fokusu istraživanja nanomaterijalom.

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

Zbog svojih izuzetnih materijalnih snagu i čvrstinu, grafen je najperspektivniji materijala u nano znanosti. © 2010Alekanderaius Creativemons

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


High Power Ultrazvuk

Kada soniciraju tečnosti u visokim intenzitetima, zvučni talasi koji se propagiraju u tečnim medijima rezultiraju izmenama ciklusa visokog pritiska (kompresije) i niskog pritiska (retka dejstva), sa stopama u zavisnosti od frekvencije. Tokom ciklusa niskog pritiska ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju male vakuumske mjehuriće ili praznine u tečnosti. Kada mehurići postignu zapreminu na kojoj više ne mogu da apsorbuju energiju, oni se nasilno srušavaju tokom ciklusa visokog pritiska. Ovaj fenomen naziva se kavitacija. Tokom implozije veoma visoke temperature (oko 5.000K) i pritisci (oko 2.000atm) su postignuti lokalno. Implosija kavitacija balon također rezultira tečnim mlazove do 280m / s brzina. (Suslick 1998) je ultrazvučno generira kavitacija uzrokuje kemijske i fizičke efekte, koji se mogu primijeniti na procese.
Kavitacija izazvana Sonohemiju pruža jedinstvenu interakciju između energije i materije, sa žarišta unutar mjehurića od ~ 5000 K, pritisaka ~ 1000 bar, grijanje i hlađenje stope >1010K s-1; ove izvanredne uslove dozvoljavaju pristup nizu hemijske reakcije prostora obično nije dostupan, što omogućuje sintezu širok spektar neobičnih nanostrukturnih materijala. (Bang 2010.)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

Ultrazvučna kavitacija u tečnom

Ultrazvučno Priprema grafena

Kako su poznate izuzetne karakteristike grafita, razvijene su nekoliko metoda za njegovu pripremu. Pored hemijske proizvodnje grafena iz grafena oksida u višestepenim procesima, za koje su potrebni veoma jaki oksidanti i reducirajući agensi. Pored toga, grafen pripremljen pod ovim oštrim hemijskim uslovima često sadrži i veliku količinu defekata čak i nakon smanjenja u poređenju sa grafenima dobijenim iz drugih metoda. Međutim, ultrazvuk je dokazana alternativa za proizvodnju visokokvalitetnog grafena, takođe u velikim količinama. Istraživači su razvili nešto drugačije načine korišćenja ultrazvuka, ali uopšte grafena je jednostavan proces u jednom koraku.
Dati primjer specifične proizvodnje grafena ruta: Grafit se dodaje u mješavinu razrijeđene organskih kiselina, alkohola i vode, a zatim se mješavina je izložena ultrazvučnog zračenja. Kiseline radi kao “molekularne klin” koji razdvaja listova grafena od matične grafita. Ovaj jednostavan proces, velike količine neoštećene, kvalitetne grafen raspršeni u vodi se stvara. (An et al. 2010.)

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

Snažan i pouzdan ultrazvučne opreme za višestruko aplikacije, kao što je homogenizacija, ekstrakcija, nano obrade materijala, ili sonochemistry.

Grafen Direktni Piling

Ultrazvuk omogućava pripremu graphenes u organskim otapalima, tenzidi / voda rješenja, ili jonske tečnosti. To znači da je upotreba jakim sredstvima ili smanjenje agenti mogu se izbjeći. Stanković i dr. (2007) proizvela grafena po piling pod ultrasonication.
AFM slike grafena oksida ekspandiranog ultrazvučnom liječenje u koncentraciji od 1 mg / mL u vodu uvijek otkrila prisustvo listova sa jednake debljine (~ 1 nm; primjer je prikazan na slici 1 u nastavku.). Ovi dobro ekspandiranog uzoraka grafena oksida sadrži ni listove ni deblji ili tanji od 1nm, što je dovelo do zaključka da je kompletan piling grafena oksida do pojedinačnih grafen oksida listova je zaista postignut pod ovim uvjetima. (Stanković i dr. 2007.)

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

Slika 1:. AFM slika ekspandiranog GO listova sa tri visine profila stečenih na različitim lokacijama (Stanković i drugi 2007. godine.)

Priprema grafena listovi

Štengl et al. su pokazali uspješnu pripremu čistog grafena listova u velikim količinama u proizvodnji nestehiometrijskih TiO2 grafena nanocomposit termičkim hidrolize suspenzije sa grafena nanosheets i Titania peroxo kompleksa. Čistog grafena nanosheets su proizvedeni od prirodnog grafita pomoću kavitacije polje visokog intenziteta generira Hielscher je ultrazvučnih procesor UIP1000hd u ultrazvučnog reaktor pod visokim pritiskom na 5 bara. Je grafen listova dobiti, uz veliku specifičnu površinu i jedinstveni elektronski svojstva, može se koristiti kao dobru podršku za TiO2 kako bi se poboljšala fotokatalitičke aktivnost. Istraživačka grupa tvrdi da je mnogo veći od grafena dobiveni Hummer metoda, gdje se ekspandiranog i oksidira grafit kvalitetu ultrazvučno pripremljen grafen. Kao fizičkim uslovima u ultrazvučnom reaktoru može precizno kontrolirati i od pretpostavke da je koncentracija grafena kao dopant će varirati u rasponu od 1 – 0.001%, proizvodnja grafena u kontinuirani sistem komercijalnom nivou je moguće.

Priprema ultrazvučnim Tretman grafena oksid

Oh et al. (2010) su pokazali put priprema pomoću ultrazvučnog zračenje za proizvodnju grafen oksida (GO) slojeva. Dakle, oni suspendovan dvadeset pet miligrama grafena oksida praha u 200 ml dejonizovana vode. Do miješajući se dobila nehomogene smeđa suspenzija. Rezultirajući obustave sonicated (30 min, 1,3 × 105J), a nakon sušenja (pri 373 K) je ultrazvučno tretiranih grafen oksida je proizveden. A FTIR spektroskopije pokazala da ultrazvučni tretman nije promijenilo funkcionalne grupe grafena oksida.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

Slika 2:. SEM slika grafena nanosheets dobijenih ultrasonication (Oh i drugi 2010. godine.)

Funkcionisanje grafena listovi

Xu i Suslick (2011) opisuju pogodnom metodom jedan korak za pripremu polistirena funkcionalna grafita. U svojoj studiji, koristili su grafit pahuljica i stirena kao osnovnu sirovinu. Do upotrebe sonikatora grafita pahuljice u stirena (reaktivno monomer), ultrazvuk zračenje je rezultiralo mehanohemijske piling grafita pahuljica u jednoslojni i nekoliko sloja grafen listova. Istovremeno, ostvaren je funkcionisanje od grafena listova sa stiropora lancima.
Isti proces od funkcionisanje se može izvesti s drugim vinil monomera za kompozite na osnovu grafen.

Priprema Nanoribbons

Istraživačka grupa Hongjie Dai i njegove kolege sa Univerziteta Stanford pronašli su tehniku ​​pripreme nanobibona. Grafene trake su tanke trake grafena koje mogu imati još korisne karakteristike od grafena. Kod širina od oko 10 nm ili manje, ponašanje grafenskih traka slično je poluprovodniku jer su elektroni prisiljeni da se pomeraju dužinom. Zbog toga bi moglo biti zanimljivo koristiti nanoribone sa poluprovodničkim funkcijama u elektronici (npr. Za manje, brže računarske čipove).
Dai et al. priprema grafena nanoribbons baza na dva koraka: prvo, oni popustio slojeva grafena od grafita po termičku obradu 1000ºC za jednu minutu u 3% hidrogen u argon plin. Zatim, grafen je razbijena u trake koristeći ultrasonication. Je nanoribbons dobiveni ovom tehnikom se odlikuju puno 'glađe’ trake od onih koje je konvencionalnim litografski sredstvima. (Jiao et al. 2009.)

Priprema Carbon Nanoscrolls

Carbon Nanoscrolls su slične multi-zidovima nanocijevi. Razlika u MWCNTs je otvoren savjete i punu dostupnost unutrašnje površine na druge molekule. Oni mogu biti sintetiziran mokro-hemijski po intercalating grafit sa kalijum, piling u vodi i upotrebe sonikatora koloidnog suspenzije. (Vidi Viculis et al. 2003. godine) ultrasonication pomaže pomicanjem prema gore od grafena monoslojeva u ugljen nanoscrolls (vidi sl. 3). Visoku efikasnost konverzije 80% je postignut, što čini proizvodnja nanoscrolls interesantan za komercijalne aplikacije.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

Slika 3: Ultrazvučno sintezu Carbon Nanoscrolls (Viculis et al 2003).

grafen disperzije

Raspon disperzije grafena i grafena oksida je izuzetno važan za korišćenje pun potencijala grafena sa svojim specifičnostima. Ako grafen nije dispergovan pod kontrolisanim uslovima, polidisperznost grafene disperzije može dovesti do nepredvidivog ili neidealnog ponašanja nakon ugrađivanja u uređaje, jer se svojstva grafena razlikuju u funkciji njegovih strukturnih parametara. Sonikacija je dokazano tretiranje da oslabi sile međuslase i omogućava tačnu kontrolu važnih parametara obrade.
"Za grafena oksid (GO), koji se obično ekspandiranog kao jednim slojem listova, jedan od glavnih polidisperznosti izazove proizlazi iz razlike u lateralni području pahuljice. Dokazano je da je srednja lateralne veličine GO može biti pomaknut od 400 nm do od 20 mikrometara promjenom grafit početni materijal i uslove sonication. "(Green et al. 2010.)
ultrazvučnog Disperzija grafena rezultira fino, pa čak i koloidne emulzije je pokazan u raznim drugim studijama. (Liu et al. 2011 / Beba i dr. 2011 / Choi i dr. 2010.)
Zhang et al. (2010) su pokazali da je upotreba ultrasonication stabilne grafena disperzija sa visokom koncentracijom od 1 mg · mL-1 i relativno čisti grafen listovi su ostvareni, a kao pripremljeni grafen listova pokazuju visok električni vodljivosti 712 S · m-1. Rezultati Fourier transformiše infracrvenih spektara i Raman spektar ispitivanje pokazuje da je način pripreme ultrazvučnog ima manje štete na kemijske i kristalne strukture grafena.

potencijalni Aplikacije

Biološke primene: Primjer za ultrazvučnu pripremu grafena i njegovu biološku upotrebu dat je u studiji "Sinteza grafen-zlata nanokompozita putem Sonohemičkog redukcije" od strane Park et al. (2011), gde je nanocompozit od smanjenih nanocelica grafena oksida (Au) sintetizovan istovremenim redukovanjem jona zlata i nanošenjem zlatnih nanočestica na površinu redukovanog grafen oksida istovremeno. Da bi se olakšalo smanjenje jona zlata i generisanje funkcionalnosti kiseonika za sidrenje zlatnih nanočestica na redukovanom grafenu oksidu, ultrazvučna zračenja primijenjena su na mješavinu reaktanata. Proizvodnja biomolekula modifikovanih zlatnim peptidom pokazuje potencijal ultrazvučnog zračenja grafena i grafena kompozita. Stoga, izgleda da je ultrazvuk pogodan alat za pripremu drugih biomolekula.
Elektronika: Grafen je vrlo funkcionalan materijal za elektronski sektor. Visokim mobilnost naboja unutar mreže u grafen je, grafen je najveći interes za razvoj brzih elektronskih komponenti u visoke frekvencije tehnologije.
Senzori: Odgovor ultrazvučno ekspandiranog grafen može se koristiti za proizvodnju visoko osjetljiv i selektivan konduktometrijska senzora (čiji je otpor brzo mijenja >10 000% zasićenih etanola pare), i ultrakondenzatori sa ekstremno visokom specifičnom kapacitet (120 F / g), gustoća snage (105 kW / kg), i gustoća energije (9,2 Wh / kg). (An et al. 2010.)
Alkohol: Za proizvodnju alkohola: A strana aplikacija može biti korištenje grafena u proizvodnji alkohola, postoje grafen membrane može se koristiti za polučio alkohol i da se na taj način alkoholnih pića jači.
Kao najjača, većina elektroprovodnim i jedan od najlakših i najfleksibilniji materijala, grafen je materijal obećavajući za solarne ćelije, katalizu, transparentan i emitivnim prikazuje, mikromehaničkog rezonatori, tranzistori, kao katoda u litij-zrak baterije, za ultraosetljivi kemijske detektore , provodnim slojevima kao i upotrebu kao aditiv u jedinjenja.

Kontaktirajte nas / Pitajte za više informacija

Razgovarajte s nama o vašim potrebama za obradu. Mi ćemo preporučiti najpogodniji za podešavanje i obrade parametara za svoj projekt.





Molim vas, obratite se našem Politika privatnosti.


Preuzimanje potpunog članak u PDF formatu ovdje:
Ultrazvučno pomagao pripremu grafena

Literatura / Reference

  • An, X .; Simmons, T .; Shah, R .; Wolfe, C .; Lewis, K. M .; Washington, M .; Nayak, S. K .; Talapatra, S .; Kar, S. (2010): Stabilna Vodeni disperzije od Noncovalently funkcionalizovana IG iz Grafit i njihove Multifunkcionalni visokih performansi aplikacija. Nano Letters 10/2010. str. 4295-4301.
  • Beba, T. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): Enhanced konvektivni prijenos topline pomoću grafena razišli nanofluids. Nano Research Letters 6: 289, 2011.
  • Bang, J. H .; Suslick, K. S. (2010): Primena ultrazvuka u sinteza Nanostrukturni materijala. Advanced Materials 22/2010. str. 1039-1059.
  • Choi, E. Y .; Han, T. H .; Hong, J .; Kim, J. E .; Li, S. H .; Kim, H. W .; Kim, S. O. (2010): nekovalentnih funkcionisanje grafena sa kraja funkcionalnim polimera. Journal of Materials Chemistry 20 / 2010. str. 1907-1912.
  • Geim, A. K. (2009): IG: Status i perspektive. Nauka 324/2009. str. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Green, A. A .; Hersam, M. C. (2010): Emerging Metode za proizvodnju Monodisperse grafena disperzije. Journal of Physical Chemistry Letters 2010. str. 544-549.
  • Guo, J .; Zhu, S .; Chen, Z .; Li, Y .; Yu, Z .; Liu, Z .; Liu, Q .; Li, J .; Feng, C .; Zhang, D. (2011): Sonochemical sinteza TiO (2 nanočestica na grafena za upotrebu kao photocatalyst
  • Hasan, K. ul; Sandberg, M. O .; Nur, O .; Willander, M. (2011): stabilizacija Polycation grafena suspenzije. Nano Research Letters 6: 493, 2011.
  • Liu, X .; Pan, L .; Lv, T .; Zhu, G .; Lu, T .; Sunce, Z .; Sun, C. (2011): sinteza Mikrovalna uz pomoć TiO2-smanjena grafen oksida kompozita za fotokatalitičke smanjenje Cr (VI). RSC Advances 2011. godine.
  • Malig, J .; Englert, J. M .; Hirsch, A .; Guldi, D. M. (2011): Wet Hemija grafena. Društvo Interface Elektrohemijski, proljeće 2011. str. 53-56.
  • Oh, W. Ch .; Chen, M. L .; Zhang, K .; Zhang, F. J .; Jang, W. K. (2010): Utjecaj toplinske i ultrazvučni tretman o formiranju IG-oksida Nanosheets. Časopis Društva 4/56 Korejski Fizička, 2010. str. 1097-1102.
  • Sametband, M .; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): Grafen oksida kuglice pripremio jednostavan, jedan-korak metoda ultrasonication. Novi Journal of Chemistry 36/2012. str. 36-39.
  • Savoskin, M. V .; Mochalin, V. N .; Yaroshenko, A. P .; Lazareva, N. I .; Konstanitinova, T. E .; Baruskov, I. V .; Prokofjeva, I. G. (2007): Carbon nanoscrolls proizvedeni od akceptor tipa grafit interkaliranja jedinjenja. Carbon 45/2007. str. 2797-2800.
  • Stanković, S .; Dikin, D. A .; Piner, R. D .; Kohlhaas, K. A .; Kleinhammes, A .; Jia, Y .; Wu, Y .; Nguyen, S. T .; Ruoff, R. S. (2007): Sinteza nanosheets grafena na bazi preko kemijske smanjenje ekspandiranog grafita oksida. Carbon 45/2007. str. 1558-1565.
  • Štengl, V .; Popelková, D .; Vláčil, P. (2011): TiO2-IG nanokompozitnih kao High Performance Photocatalysts. U: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. str. 25209-25218.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Enciklopedija hemijske tehnologije; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York 1998, Vol. 26, str. 517-541.
  • Viculis, L. M .; Mack, J. J .; Kaner, R. B. (2003): A Chemical Ruta do Carbon Nanoscrolls. Nauke, 299/1361; 2003. godinu.
  • Xu, H .; Suslick, K. S. (2011): Sonochemical Priprema funkcionalizovana Graphenes. U: Journal of American Chemical Society 133/2011. str. 9148-9151.
  • Zhang, W .; On je, W .; Jing, X. (2010): Priprema stabilnog Grafen disperzija sa visokom koncentracijom ultrazvukom. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. str. 10368-10373.
  • Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Diankov, G .; Dai, H. (2009): Narrow grafena nanoribbons od nanocijevi. Nature 458 / 2009. str. 877-880.
  • Park, G .; Lee, K. G .; Li, S. J .; Park, T. J .; WI, R .; Kim, D. H. (2011): Sinteza IG-Gold nanokompoziti preko Sonochemical smanjenje. Journal of Nanonauka i nanotehnologiju 7/11, 2011. str. 6095-6101.
  • Zhang, RQ; De Sakar, A. (2011): Teorijske studije o formiranju, podešavanju imovine i adsorpciji grafenskih segmenata. In: M. Sergey (ur.): Fizika i primene grafena - teorija. InTech 2011. str. 3-28.