Graphene Exfoliation na bazi vode
Ultrazvučna eksfoliacija omogućava proizvodnju maloslojnog grafena bez upotrebe surog otavara samo pomoću čiste vode. Sonikacija velike snage delaminira grafene u kratkom tretmanu. Izbjegavanje otavara pretvara eksfoliaciju grafena u zelenom, održivom procesu.
Proizvodnja grafena putem tečnosti fazne eksfoliacije
Grafen se komercijalno proizvodi preko nazovi eksfoliacije tekuće faze. Tekuća fazna eksfoliacija grafena zahtijeva upotrebu otrovnih, ekološki štetnih i skupih otavara, koji se koristi kao hemijski pred-tretman ili u kombinaciji sa/sa mehaničkom tehnikom disperzije. Za mehaničku disperziju grafenih limova, ultrasonikacija je uspostavljena kao vrlo pouzdana, efikasna i sigurna tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih grafenih limova u velikim količinama na potpuno industrijskom nivou. Budući da je upotreba surog otapala uvijek popraćena troškovima, kontaminacijama, složenim uklanjanjem i odlaganje, sigurnosnim brigama kao i teretom okoliša, znatno je pogodna netoksičana i sigurnija alternativa. Eksfoliacija Grafena pomoću vode kao otapa i strujnog ultrazvuka za mehaničku delaminaciju nekoliko slojnih grafenih limova je stoga visoko obećavajuća tehnika za proizvodnju zelenog grafena.
Uobičajeni otapovi, koji se često koriste kao tekuća faza za raspršivanje grafenih nanošeta, Uključuju dimetil sulfoksid (DMSO), N,N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirolidon (NMP), Tetrametilureju (TMU), Tetrahidrofuran (THF), propilin karboanteaceton (PC), etanol i formamid.
Kao već dugoročno utvrđena tehnika za eksfoliaciju grafena u komercijalnim razmjerima, ultrasonication omogućava proizvodnju visokokvalitetnog grafena visoke čistoće uz nisku cijenu. Kako ultrazvučna eksfoliacija grafena može biti potpuno linearno skaliran na bilo koji volumen, proizvodni prinos visokokvalitetnih grafenih pahuljica može se lako implementirati za masovnu proizvodnju grafena.
u UIP2000hdT je 2kW snažan ultrazvučni disperzer za eksfoliaciju grafena i disperziju.
Ultrazvučna eksfoliacija Grafena u vodi
Tyurnina et al. (2020) je istraživao efekte amplitude i inteziteta sonikacije na čiste vodeno-grafito rastvore i rezultirajuću eksfoliaciju grafena. U studiji su koristili Hielschera. UP200S (200W, 24kHz). Ultrazvučna eksfoliacija pomoću vode primijenjena je kao proces jednog koraka za malo sloja delaminacije grafena. Kratak tretman od 2h je bio dovoljan za proizvodnju maloslojnih grafena u otvorenoj sonicijaciji za beaker.
Sekvenca velike brzine (od a do f) okvira koji ilustruje sono-mehaničku eksfoliaciju grafitne pahuljice u vodi pomoću UP200s, ultrasonikatora od 24 kHz sa 3-mm sonotrode. Strelice pokazuju mjesto razdvojenosti (eksfoliacije) s mjehurićima kavitacije koji prodiru u podjelu.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
Optimizacija ultrazvučnog Graphene Exfoliation
Ultrazvučna postava koju koristi Tyurnina et al. (2020) može se lako optimizirati za veću efikasnost i bržu eksfoliaciju korištenjem zatvorenog ultrazvučnog reaktora u režimu protoka. Ultrazvučni inline tretman omogućava znatno jednoličniju ultrazvučnu obradu svih grafitnih sirovina: hranjenje grafita / vodenog rastvora direktno u zatvoreni prostor ultrazvučne kavitacije, sav grafit postaje jednolično sonifiran što rezultira visokim prinosom visokokvalitetnih grafenih pahuljica.
Hielscher Ultrasonics sistemi omogućavaju preciznu kontrolu nad svim važnim parametrima obrade kao što su amplitude, vrijeme / retencija, ulaz energije (Ws/mL), pritisak i temperatura. Postavljanje optimalnih ultrazvučnih parametara rezultira najvišim prinosom, kvalitetom i ukupnom efikasnosti.
Kako Ultrasonication promovira Graphene Exfoliation
Kada se ultrazvučni talasi velike snage udruže u blato grafitnog praha i vode ili bilo kakvog rastvarača, sonomehaničke sile kao što su visoko smicalice, intenzivne turbulencije i di differentiali visokog pritiska i temperature stvaraju energetski intenzivne uslove. Ovi energetski intenzivni uslovi su rezultat fenomena akustiиne kavitacije. Više o ultrazvučnoj kavitaciji pročitajte ovdje!
Ultrazvuk snage pokreće širenje grafitnog praha, pošto se tečnosti pritisnu između grafenih slojeva, od kojih je grafit komponiran. Ultrazvučne smicne sile delaminiraju pojedinačne limove grafena i rasprširaju ih kao grafene pahuljice u otopini. Da bi se dobila dugoročna stabilnost grafena u vodi, potreban je surfaktant.
Mehnizam ultrazvučne tekuće fazne eksfoliacije eksfoliacije grafena.
Studija i slika By Tyurnina et al., 2021.
Ultrasonikatori visokih performansi za Graphene Exfoliation
Pametne osobine Hielscher ultrasonicatora dizajnirane su da garantuju pouzdan rad, reprodukcijljive ishode i user-friendlines. Operativnim postavkama se može lako pristupiti i birate putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti putem digitalnog touch-display ekrana u boji i daljinskog upravljača preglednika. Stoga se svi uslovi obrade kao što su neto energija, totalna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura automatski snimaju na ugrađenoj SD-kartici. To vam omogućava da revidiraš i uporediš prethodne sonication runove i da optimiziraš proces eksfoliacije grafena do najviše efikasnosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom svijeta za proizvodnju visokokvalitetnih grafenih limova i grafenih oksida. Hielscher industrijski ultrasonicatori lako mogu pokrenuti visoke amplitude u kontinuiranom rad (24/7/365). Amplitide do 200μm mogu se lako kontinuirano generirati standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi i cascatrodesTm). Za još više amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog njihove robusnosti i niskog održavanja naši ultrazvučni sistemi za eksfoliaciju su obično instalirani za teške aplikacije i u zahtjevnim okruženjima.
Hielscherovi ultrazvučni procesori za piliranje grafena već su instalirani širom svijeta u komercijalnim razmjerima. Kontaktirajte nas sada da raspravimo o vašem procesu proizvodnje grafena! Našem dobro iskusnom osoblju bit će drago da podijelimo više informacija o procesu eksfoliacije, ultrazvučnim sistemima i cijenjenju!
Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators:
| Batch Volumen | protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500ml | 10 do 200ml / min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 00,1 do 20L | 00,2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L / min | UIP4000hdT |
| N / A. | 10 do 100L / min | UIP16000 |
| N / A. | veći | klaster UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulgaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim skalama.
Književnost/reference
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
Činjenice vredi znati
grafena
Grafen je monolayer od sp2-bonded atoma ugljika. Grafena nudi jedinstvene karakteristike materijala kao što je izvanredno velike specifične površine (2620 m2G-1), Superior mehanička svojstva sa Youngov modul od 1 TPa i suštinski snagu od 130 GPa, izuzetno visok elektronski provodljivost (sobnoj temperaturi pokretljivošću elektrona od 2,5 × 105 cm2 V-1e-1), Vrlo visoka toplinska vodljivost (iznad 3000 W m K-1), Da navedemo najvažnije osobine. Zbog svoje superiorne osobine materijala, grafen se često koristi u razvoju i proizvodnji baterija visokih performansi, gorive ćelije, solarne ćelije, superkondenzatora, vodik skladišta, elektromagnetskih štitova i elektronskih uređaja. Osim toga, grafen je uključena u mnoge nanokompozita i kompozitnih materijala kao ojačanje aditiv, npr u polimeri, keramika i metal matrice. Zbog svoje visoke vodljivosti, grafen je važna komponenta provodne boja i boje.
Brz i siguran ultrazvučno priprema bez grešaka grafen u velikim količinama uz niske troškove omogućuje proširenje aplikacije grafena na sve više i više industrije.
Grafen je sloj ugljenika debljine jednougaonika, koji se može opisati kao jednostruka ili 2D struktura grafena (sloj grafena = SLG). Grafen ima izuzetno veliku specifičnu površinu i superiorne mehaničke osobine (Young modul od 1 TPa i unutrašnju snagu od 130 GPa), nudi sjajnu elektroničku i toplotnu provodljivost, mobilnost nosača, transparentnost i nepropustan za gasove. Zbog ovih materijalnih karakteristika, grafen se koristi kao ojačavajući aditiv, dajući kompozitima svoju čvrstoću, provodljivost itd. Za kombinovanje karakteristika grafena sa drugim materijalima, grafena mora biti dispergovana u jedinjenje ili se nanosi kao tankoplastni sloj na podlogu.
Ultrazvuka visokih performansi! Hielscherov proizvodni raspon pokriva cijeli spektar od kompaktnog lab ultrasonicatora preko klupa-top jedinica do puno-industrijskih ultrazvučnih sistema.