Ultrazvukové exfoliace ve vodě dispergovatelné grafenu

  • Mono- a bi-vrstva grafenové nanosheets může být rychle produkován pomocí ultrazvukového exfoliace s vysokým výkonem a s nízkými náklady.
  • Ultrazvukově expandovaný grafenová může být funkcionalizován biopolymerů, aby se získala ve vodě dispergovatelný grafenu.
  • Tím, ultrazvukové kavitace, syntetizovaný grafenu se mohou dále zpracovat na stabilní vodní bázi disperze.

Ultrazvukové exfoliace z kvalitního grafenu

Ultrazvuku je spolehlivý způsob výroby graphene vrstvy (mono-, bi- a málo vrstvě graphene) z grafitových vloček nebo částic. Zatímco jiné běžné exfoliace techniky, jako je kuličkových a válcové mlýny nebo při vysoké smykové rychlosti míchačky jsou spojeny s nízkou kvalitou a použití agresivních činidel a rozpouštědel, ultrazvuková metoda exfoliace přesvědčí svým vysoce kvalitní výstup, vysokou kapacitou procesů a mírných podmínek zpracování.
Ultrazvuková kavitace vytváří intenzivní smykové síly, které oddělují vrstvené grafitové vrstvy do mono-, bi- a několika vrstev grafenu bez defektů.

Grafenové listy dispergovatelné ve vodě pomocí ultrazvuku

Sonikace pomocí ultrazvukové sondy je účinná metoda pro exfoliaci monovrstvých grafenových nanolistů a jejich rovnoměrné rozptýlení. Ultrazvuková funkcionalizace umožňuje produkovat grafen dispergovatelný ve vodě.Ultrazvuku je účinný postup s opakovatelnými výsledky pro rozmotání karbonnanotrubiček ve vodě nebo organických rozpouštědlech. [/titulek] Za normálních podmínek je grafen těžko dispergovatelný ve vodě a při dispergaci ve vodném prostředí tvoří agregáty a aglomeráty. Vzhledem k tomu, že vodné systémy mají významné výhody v tom, že jsou levné, netoxické, šetrné k životnímu prostředí, grafenové systémy na vodní bázi jsou vysoce atraktivní pro výrobce grafenu a navazující průmysl.
Za účelem získání ve vodě dispergovatelného graphene nanosheets, ultrazvukem exfoliated grafenu je modifikován polysacharidy / biopolymery, jako je pullulan, chitosan, alginát, želatina nebo arabská guma.

Výhody:

  • vysoká kvalita grafen
  • vysoký výnos
  • disperze na bázi vody
  • vysoká koncentrace
  • vysoká účinnost
  • rychlý proces
  • nízké náklady
  • vysokou propustností
  • šetrný k životnímu prostředí

Žádost o informace





7kW ultrazvukové dispergační systém výroby inline grafenu (Klikněte pro zvětšení!)

Ultrazvukový reaktor se sondovými ultrasonicators pro exfoliaci grafenu v průmyslovém měřítku

Protokol přímé exfoliace grafitu pomocí ultrazvuku

Neiontový pullulan a aniontový alginát (1,0 g) byly odděleně rozpuštěny ve 20 ml destilované vody, zatímco kationtový chitosan (0,4 g) byl rozpuštěn ve 20 ml destilované vody s 1 % hmotnostní kyselinou octovou. Grafitový prášek byl dispergován ve vodných biopolymerních roztocích a ošetřen pomocí sondy typu ultrasonicator UP200S (maximální výkon 200 W, frekvence 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Německo) vybavený titanovou sonotrodou (mikro hrot S3, průměr hrotu 3 mm, maximální amplituda 210μm, hustota akustického výkonu nebo povrchová intenzita 460 W cm-2) za následujících podmínek: 0,5 cyklu a 50% amplitudy, po dobu 10, 20, 30 a 60 minut. Nejlepší výsledky byly získány při 30min sonikace. Sonikace byla aplikována při výkonu 16,25 W po dobu 30 minut, se spotřebou energie (energetický výkon na jednotku objemu) 731 Ws ml-1.
Následně byly směsi odstředěny při 1500 otáčkách za minutu po dobu 60 minut, aby se odstranily neexfoliované částice grafitu, a poté 5krát promyty a znovu odstředěny při 5000 otáčkách za minutu po dobu 20 minut, aby se odstranily přebytečné biopolymery. Výsledné tmavě šedé roztoky byly vakuově sušeny při 40 ° C, dokud nedošlo ke ztrátě hmoty. Výsledné polymer-grafenové prášky byly redispergovány ve vodě (1 mg ml-1 pro pullulan a chitosan; 0,18 mg ml-1 pro alginát) pro charakterizaci. Grafenové listy získané ultrazvukem pullulan-, alginát a chitosan asistované ultrazvuku byly označeny jako pull-G, alg-G a chit-G.
Ze tří systémů, pullulan a chitosan byly účinnější v exfoliace grafitu než alginátu. Tento postup poskytl Expandovaný mono-, bi-, a několik-vrstvy graphene listy, pouze s nízkými bočními (hrany) vad. Adsorpce biopolymerů na grafenu povrchu poskytuje dlouhodobou stabilitu (více než 6 měsíců) vodné disperze.
(srov. Unalan et al. 2015)

Ultrazvuková exfoliace grafenu ve vodě

Vysokorychlostní sekvence (od a do f) snímků ilustrujících sonomechanickou exfoliaci grafitové vločky ve vodě pomocí UP200S, 200W ultrasonicator s 3-mm sonotrodou. Šipky ukazují místo rozdělení (exfoliace) s kavitačními bublinami pronikajícími do rozdělení.
(studie a obrázky: © Tyurnina et al. 2020

Ultrazvukové exfoliace ve vodě dispergovatelného grafenu nanosheets (Unalan et al., 2015)

TEM snímky pull-G pro: (a) 10 minut; (B) 20 min; (C) 30 min; (D) 60 min; (E) čit-G po dobu 30 minut; (F) ALG-G po dobu 30 minut. (Unalan et al., 2015)

Ultrasonicators pro exfoliaci grafenu

Průmyslový Ultrasonicator UIP6000hdT dodává 6000 wattů ultrazvuku s vysokou intenzitou pomocí sondy (sonotrody) pro homogenizaci, disperzi, emulgaci a extrakční aplikace.Hielscher vysoce výkonné ultrazvukové procesory se používají po celém světě pro úspěšnou exfoliaci a disperzi grafitu a grafenu. Naše ultrazvukové dispergátory jsou k dispozici od laboratoře a stolu až po plné průmyslové výrobní jednotky. Kromě robustnosti, provozu 24/7 a nízké údržby, Hielscher ultrasonicators přesvědčit vysokou snadností zpracování a lineární škálovatelností.
Procesy mohou být snadno testovány a optimalizovány v laboratoři. Poté, všechny výsledky procesu může být zmenšen zcela lineární na komerční úrovni výroby. To činí sonikace efektivní a účinná metoda pro vysoké množství vysoce kvalitních grafenu plechy výroby.
Hielscher Ultrazvuk průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až do 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Odpovídající ultrazvukové reaktory zajišťují schopnost spolehlivé a bezpečné hromadné výroby vysoce kvalitních grafenových nanolistů, stejně jako stabilních disperzí nanolistů.

Robustnost ultrazvuku Hielscher umožňuje na 24/7 provoz v těžkých a náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Hromadná dávka průtok Doporučené Devices
10 až 2000ml 20 až 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 až 20L 00,2 až 4 litry / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000
na 10 až 100L / min UIP16000
na větší hrozen UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových dispergátorech pro exfoliaci nanolistů, aplikacích souvisejících s grafenem, technických podrobnostech a cenách. Rádi s vámi projednáme váš proces výroby grafenu a nabídneme vám ultrasonicator splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Intenzivní ultrazvuku pomocí ultrazvukové sondy (sonotroda) je vysoce účinná metoda delaminace a exfoliace grafenových nano-listů.

Mechanismus ultrazvukové exfoliace 2D nanolistů.
(studie a grafika: Tyurnina et al., 2020)



Fakta Worth Knowing

grafen

grafenu list Grafenu je monovrstva sp2-bonded atomů uhlíku. Grafenu nabízí unikátní vlastnosti materiálu, jako je mimořádné velkým specifickým povrchem (2620 m2G-1), Vynikající mechanické vlastnosti s Youngův modul 1 TPa a vnitřní pevnosti 130 GPa, extrémně vysoký elektronovou vodivost (mobilita při pokojové teplotě elektronů 2,5 x 105 cm2 PROTI-1s-1), Velmi vysoká tepelná vodivost (nad 3000 W m K-1), Abychom jmenovali ty nejdůležitější vlastnosti. Vzhledem ke své vynikající vlastnosti materiálu, grafenu se často používají ve vývoji a výrobě vysoce výkonných baterie, palivové články, solární články, superkondenzátoru, vodíkové zásobníky, elektromagnetické stínění a elektronických zařízení. Dále grafen je začleněna do mnoha nanokompozitů a kompozitních materiálů jako výztužné aditivum, např. do polymerů, keramiky a kovové matice. Vzhledem ke své vysoké vodivosti, grafenu je důležitou složkou vodivých barev a inkoustů.
Rychlá a bezpečná ultrazvukové příprava bezdefektového grafenu ve velkých objemech při nízkých nákladech umožňuje rozšířením aplikací grafenu se stále více a více odvětví.

Literatura / Reference


Vysoce výkonný ultrazvuk! Hielscherův sortiment pokrývá celé spektrum od kompaktního laboratorního ultrasonicatoru přes bench-top jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.


Rádi probereme váš proces.

Pojďme se spojit.