Oxid grafenového – Ultrazvukové odlupování a disperze
Oxid Grafitový je vodorozpustný, amhiphifní, netoxický, biologicky rozložitelný a může být snadno rozptýlen do stabilních koloidů. Ultrazvuková exfoliace a disperze je velmi účinná, rychlá a nákladově efektivní metoda syntetizování, rozptylování a Funkcionalizace grafitového oxidu v průmyslovém měřítku. V následných zpracovačích produkují Ultrazvukové disperze vysoce výkonné grafitové polymerové kompozity.
Ultrazvukové exfoliace grafenu Oxide
Za účelem kontroly velikosti oxidu grafenu (GO) nanosheets, způsob exfoliace hraje klíčovou faktor. Vzhledem ke své přesně řiditelnými parametry procesu, ultrazvukové exfoliace je nejrozšířenější delaminace technika pro výrobu vysoce kvalitních grafenu a oxid grafenu.
Pro ultrazvukové odlupování oxidu grafenu od oxidu grafitu, jsou k dispozici různé protokoly. Najít jeden příklad popis níže:
Práškový oxid grafitu se smísí ve vodném KOH s hodnotou pH 10. Pro exfoliaci a následnou disperzi se používá sonda typu ultrasonicator UP200St (200W). Poté jsou ionty K+ připojeny k bazální rovině grafenu, aby indukovaly proces stárnutí. Stárnutí je dosaženo rotačním odpařováním (2 h). Aby se odstranily přebytečné ionty K+, prášek se několikrát promyje a odstřeďuje.
Získaná směs se odstředí a lyofilizován tak, že se prášek dispergovatelný oxid grafenu se vysráží.
Příprava vodivé pasty z oxidu grafenu: Prášek oxidu grafenu může být rozptýlen v dimethylformamidu (DMF) za použití ultrazvuku, aby se vytvořila vodivá pasta. (Han et al.2014)
Oxid grafenového – Exfoliace (Obr .: Potts et al., 2011)
Ultrazvukové Dispergace grafenu Oxide
Ultrazvukový Funkcionalizace grafenu Oxide
Sonikace se úspěšně používá začlenit oxid grafenu (GO) do polymerů a kompozitních materiálů.
Příklady:
- grafenoxid-TiO2 mikrosférický kompozit
- polystyren-magnetit-grafenu oxid kompozit (core-shell strukturované)
- polystyrenu snižuje kompozity oxidu grafenu
- polyanilinu nanovlákenné potažené polystyren / oxid grafenu (PANI-PS / GO) s jádrem a obalem kompozitní
- polystyren-interkalovaný oxid grafenu
- p-fenylendiamin-4vinylbenzen-polystyren modifikovaný oxid grafenu
Ultrazvukový systém pro oxid grafenu exfoliace
Sonikátory pro zpracování grafenu a oxidu grafenu
Hielscher Ultrazvuk nabízí vysoce výkonné ultrazvukové systémy pro exfoliace, disperze a následném zpracování grafenu a oxidu grafenu. Spolehlivé ultrazvukové procesory a sofistikované reaktory dodat požadovaný výkon, procesních podmínek a linky přesné řízení, tak, že ultrazvukové výsledky procesu může být naladěn přesně na požadované procesní cílů.
Jedním z nejdůležitějších parametrů procesu je amplituda ultrazvuku, který je vibrační roztahování a smršťování v ultrazvukové sondy. Hielscher je průmyslové ultrazvukové systémy jsou konstruovány tak, aby poskytovaly velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až do 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy nabízí Hielscher přizpůsobené ultrazvukové sondy. Všechny naše ultrazvukové procesory lze přesně přizpůsobit požadovaným procesním podmínkám a snadno sledovat pomocí vestavěného softwaru. Tím je zajištěna nejvyšší spolehlivost, konzistentní kvalita a reprodukovatelné výsledky. Robustnost Hielscher sonicators umožňuje 24/7 provoz při vysoké službě a v náročných prostředích. Díky tomu je sonikace preferovanou výrobní technologií pro přípravu grafenu, oxidu grafenu a grafitických materiálů ve velkém měřítku.
Nabízí široký sortiment ultrasonicators a příslušenství (jako jsou sonotrody a reaktory s různých velikostí a geometrií), nejvíce vhodných reakčních podmínek a faktorů (např činidel, ultrazvukové přívodu energie na jednotku objemu, tlaku, teploty, průtok atd), může být volí tak, aby se dosáhlo co nejvyšší kvality. Protože naše ultrazvukové reaktory mohou být pod tlakem až do několika set barg, použití ultrazvuku vysoce viskózní pasty s 250.000 centipoise není žádný problém pro Hielschers ultrazvukové systémy.
Vzhledem k těmto faktorům, ultrazvukový delaminace / exfoliace a dispergační vyniká konvenční míchání a mletí technik.
- vysoký výkon
- vysoké smykové síly
- vysoké tlaky použitelné
- přesná regulace
- bezproblémovou škálovatelnost (lineární)
- šarže a kontinuální
- reprodukovatelné výsledky
- spolehlivost
- robustnost
- vysoká energetická účinnost
Chcete-li se dozvědět více o ultrazvukové syntéze, disperzi a funkcionalizaci grafenu, klikněte zde:
- Výroba grafenu
- Grafenové nanodestičky
- Exfoliace grafenu na vodní bázi
- grafen dispergovatelný ve vodě
- Oxid grafenového
- Xenes
Fakta Worth Knowing
Ultrazvuku a kavitace: Jak se Graphite Expandovaný na grafenu Oxide za použití ultrazvuku
Ultrazvuková exfoliace oxidu grafitu (GrO) je založena na vysoké smykové síle indukované akustickou kavitací. Akustická kavitace vzniká v důsledku střídání vysokotlakých / nízkotlakých cyklů, které jsou generovány spojením silných ultrazvukových vln v kapalině. Během nízkotlakých cyklů se vyskytují velmi malé dutiny nebo vakuové bubliny, které rostou v průběhu střídajících se nízkotlakých cyklů. Když vakuové bubliny dosáhnou velikosti, kdy nemohou absorbovat více energie, prudce se zhroutí během vysokotlakého cyklu. Imploze bublin má za následek kavitační smykové síly a stresové vlny, extrémní teplotu až 6000K, extrémní rychlosti chlazení nad 1010K / s, velmi vysoké tlaky až do 2000atm, extrémní tlakové rozdíly, stejně jako kapalná tryska s až 1000 km / h (~280m / s).
Tyto intenzivní síly ovlivnit grafitové stohy, které jsou oddělovány do jedno- nebo několika vrstvami oxidu grafenu a nedotčené grafenu nanosheets.
Oxid grafenového
oxid grafenu (GO), je syntetizován exfoliační oxid grafitu (GRO). Zatímco oxid grafitu je 3D materiál sestávající v milionech vrstev grafenu vrstev s interkalovaných atomy kyslíku, oxid grafenu je mono- nebo několik vrstva grafenu, který se okysličuje na obou stranách.
oxid grafenu a grafenu se od sebe liší v následujících vlastnostech: oxid grafenu je polární, zatímco grafenu je nepolární. oxid grafenu je hydrofilní, zatímco grafenu je hydrofobní.
To znamená, že oxid grafenu je rozpustný ve vodě, amfifilní, netoxický, biologicky odbouratelný a formy stabilní koloidní suspenze. Povrch oxidu grafenu obsahuje epoxidové, hydroxylové a karboxylové skupiny, které jsou k dispozici k interakci s kationtů a aniontů. Vzhledem k jejich unikátní organicko-anorganické hybridní strukturu a mimořádnými vlastnostmi, GO-polymerní kompozity poskytují vysoký potenciál pro rozmanitých průmyslových aplikacích. (Tolasz et al., 2014)
Snížená grafenu Oxide
Snížený oxid zinečnatý (rGO) se vyrábí pomocí ultrazvukové, chemické nebo tepelné redukce oxidů grafinu. Během redukčního kroku se odstraní většina kyslíkových funkcí oxidů grafinu, takže výsledný redukovaný oxid grafinu (rGO) má velmi podobné vlastnosti jako nedotčený grafen. Nicméně snížený oxid grafinu (rGO) není bezchybný a čistý jako čistý grafen.
Literatura / Reference
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.