Hielscher Ultrasonics
Rádi s vámi probereme váš postup.
Zavolejte nám: +49 3328 437-420
Napište nám: info@hielscher.com

Ultrazvuková exfoliace grafenu dispergovatelného ve vodě

  • Jednovrstvé a dvouvrstvé grafenové nanovrstvy lze rychle vyrábět ultrazvukovou exfoliací s vysokou propustností a nízkými náklady.
  • Ultrazvukem exfoliovaný grafen může být funkcionalizován biopolymery, aby se získal grafen dispergovatelný ve vodě.
  • Ultrazvukovou kavitací lze syntetizovaný grafen dále zpracovávat na stabilní disperzi na vodní bázi.

Ultrazvuková exfoliace vysoce kvalitního grafenu

Ultrazvuku je spolehlivá metoda výroby grafenových vrstev (mono-, dvou- a vícevrstvý grafen) z grafitových vloček nebo částic. Zatímco jiné běžné exfoliační techniky, jako jsou kulové a válcové mlýny nebo mixéry s vysokým smykem, jsou spojeny s nízkou kvalitou a použitím agresivních činidel a rozpouštědel, metoda ultrazvukové exfoliace přesvědčí svým vysoce kvalitním výstupem, vysokou kapacitou procesu a mírnými podmínkami zpracování.
Ultrazvuková kavitace vytváří intenzivní smykové síly, které rozdělují naskládané grafitové vrstvy na mono-, dvou- a málo vrstev bezdefektního grafenu.

Grafenové desky dispergovatelné ve vodě pomocí ultrazvuku

Sonikace pomocí ultrazvukové sondy je účinná metoda odlupování jednovrstvých grafenových nanolistů a jejich rovnoměrné disperze. Ultrazvuková funkcionalizace umožňuje vyrábět grafen dispergovatelný ve vodě.Ultrazvuku je účinný postup s opakovatelnými výsledky k rozmotání uhlíkových nanotrubic 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 vodní systémy mají významné výhody v tom, že jsou levné, netoxické a šetrné k životnímu prostředí, jsou grafenové systémy na vodní bázi velmi atraktivní pro výrobce grafenu a navazující průmysl.
Aby se získaly ve vodě dispergovatelné grafenové nanovrstvy, je ultrazvukem exfoliovaný grafen modifikován polysacharidy / biopolymery, jako je pullulan, chitosan, alginát, želatina nebo arabská guma.

Výhody:

  • Vysoce kvalitní grafen
  • vysoký výnos
  • disperze na vodní bázi
  • vysoká koncentrace
  • Vysoká efektivita
  • Rychlý proces
  • Nízké náklady
  • Vysoká propustnost
  • Šetrný k životnímu prostředí

Žádost o informace




Všimněte si našich Zásady ochrany osobních údajů.




7kW ultrazvukový dispergační systém pro inline výrobu grafenu (Click to enlarge!)

Ultrazvukový reaktor s ultrazvukovými přístroji typu sondy 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 hmotnostním % kyseliny octové. Grafitový prášek byl dispergován ve vodných roztocích biopolymeru a zpracován pomocí ultrazvukového zesilovače typu sondy UP200S (maximální výkon 200 W, frekvence 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Německo) vybaveného titanovou sonotrodou (mikro hrot S3, průměr hrotu 3 mm, maximální amplituda 210 μm, hustota akustického výkonu nebo intenzita povrchu 460 W cm-2) za následujících podmínek: 0,5 cyklu a 50% amplituda, po dobu 10, 20, 30 a 60 minut. Nejlepších výsledků bylo dosaženo při 30minutové sonikaci. Sonikace byla aplikována při výkonu 16,25 W po dobu 30 minut, se spotřebou energie (energetický výstup na jednotku objemu) 731 Ws ml-1.
Následně byly směsi odstředěny při 1500 otáčkách za minutu po dobu 60 minut, aby se odstranily neodlupované částice grafitu, a poté byly 5krát promyty a znovu odstředěny při 5000 ot./min po dobu 20 minut, aby se odstranily přebytečné biopolymery. Výsledné tmavě šedé roztoky byly vakuově sušeny při teplotě 40 °C, dokud nedošlo ke ztrátě hmoty. Výsledné polymerně-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 ultrazvukovou ultrazvukovou technologií s pomocí pullulanu, alginátu a chitosanu byly indikovány jako pull-G, alg-G a chit-G.
Ze všech tří systémů byly pullulan a chitosan účinnější při exfoliaci grafitu než alginát. Tato metoda poskytla exfoliované mono-, bi- a vícevrstvé grafenové desky pouze s nízkými bočními (hranami) defekty. Adsorpce biopolymerů na povrchu grafenu zajišťuje dlouhodobou stabilitu (více než 6 měsíců) vodné disperze.
(srov. Unalan et al. 2015)

Ultrazvuková exfoliace grafenu ve vodě

Vysokorychlostní sekvence snímků (od a do f) ilustrující sonomechanickou exfoliaci grafitových vloček ve vodě pomocí UP200S, 200W ultrasonikátoru s 3mm sonotrodou. Šipky ukazují místo štěpení (exfoliace) s kavitačními bublinami pronikajícími do štěrbiny.
(studie a obrázky: © Tyurnina et al. 2020

Výzkum Unalana et al. 2015 poskytuje vynikající výsledky pro ultrazvukovou přípravu ve vodě dispergovatelných grafenových nanovrstev. Pro ultrazvukovou exfoliaci Hielscher UP200S sonda-ultrasonicator byla použita. www.hielscher.com

TEM snímky pull-G pro: (a) 10 min; b) 20 min; (c) 30 min; (d) 60 min; e) čit-G po dobu 30 minut; (f) alg-G po dobu 30 min. (Unalan et al. 2015)

Ultrasonicators pro exfoliaci grafenu

Průmyslový Ultrasonicator UIP6000hdT dodává 6000 wattů ultrazvuku s vysokou intenzitou prostřednictvím sondy (sonotrody) pro homogenizaci, disperzi, emulgaci a extrakci.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 laboratorních a stolních až po plně průmyslové výrobní jednotky. Kromě robustnosti, provozu 24/7 a nízké údržby, Hielscher ultrasonicators přesvědčí vysokou snadností zpracování a lineární škálovatelností.
Procesy lze snadno testovat a optimalizovat v laboratoři. Poté mohou být všechny výsledky procesu škálovány zcela lineárně na úroveň komerční výroby. Díky tomu je sonikace účinnou a efektivní výrobní metodou pro velké objemy vysoce kvalitních grafenových listů.
Hielscher Ultrazvukové průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 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 nanovrstev a také stabilních disperzí nanovrstev.

Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Objem dávky Průtok Doporučená zařízení
10 až 2000 ml 20 až 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 0.2 až 4 l/min UIP2000hdT
10 až 100 l 2 až 10 l/min UIP4000
Není k dispozici 10 až 100 l / min UIP16000
Není k dispozici větší shluk UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!

Vyžádejte si více informací

Pomocí níže uvedeného formuláře si vyžádejte další informace o ultrazvukových dispergátorech pro exfoliaci nanofólií, aplikacích souvisejících s grafenem, technických podrobnostech a cenách. Rádi s vámi prodiskutujeme váš proces výroby grafenu a nabídneme vám ultrasonicator splňující vaše požadavky!









Vezměte prosím na vědomí naše Zásady ochrany osobních údajů.




Intenzivní ultrazvuku pomocí ultrazvukové sondy (sonotrody) je vysoce účinná metoda delaminace a exfoliace grafenových nanolistů.

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



Fakta, která stojí za to vědět

grafen

Grafenová deska Grafen je monovrstva sp2-vázané atomy uhlíku. Grafen nabízí jedinečné materiálové vlastnosti, jako je mimořádně velký specifický povrch (2620 m2g-1), vynikající mechanické vlastnosti s Youngovým modulem 1 TPa a vlastní pevností 130 GPa, extrémně vysoká elektronická vodivost (pohyblivost elektronů při pokojové teplotě 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), velmi vysoká tepelná vodivost (nad 3000 W m K-1), abyste pojmenovali nejdůležitější vlastnosti. Díky svým vynikajícím materiálovým vlastnostem je grafen hojně využíván při vývoji a výrobě vysoce výkonných baterií, palivových článků, solárních článků, superkondenzátorů, vodíkových skladů, elektromagnetických štítů a elektronických zařízení. Kromě toho je grafen začleněn do mnoha nanokompozitů a kompozitních materiálů jako výztužná přísada, např. v polymerech, keramice a kovových matricích. Díky své vysoké vodivosti je grafen důležitou složkou vodivých barev a inkoustů.
Rychlý a bezpečný Ultrazvuková příprava bezvadného grafenu Při velkých objemech při nízkých nákladech umožňuje rozšiřování aplikací grafenu do stále více průmyslových odvětví.

Literatura/Odkazy


Vysoce výkonné ultrazvuky! Hielscherův sortiment pokrývá celé spektrum od kompaktních laboratorních ultrasonicator přes stolní jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.

Rádi s vámi probereme váš postup.

Pojďme se spojit.