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.
ultrazvukové kavitace vytváří intenzivní střihové síly, které oddělují naskládané grafitové vrstvy na mono-, bi- a několik vrstev z bezdefektového grafenu.

Ve vodě dispergovatelného grafenu Sheets

Za normálních podmínek, grafenu je stěží dispergovatelný ve vodě a tvoří agregáty a aglomeráty, pokud jsou dispergovány ve vodném médiu. Vzhledem k tomu, vodné systémy mají významné výhody jsou levné, netoxické, šetrný k životnímu prostředí, na bázi vody grafenové systémy jsou velmi atraktivní pro výrobce grafenu a navazující odvětví.
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

Protokol přímého exfoliace grafitu

Neionogenní pullulan a anionické alginát (1,0 g) se odděleně rozpustí v 20 ml destilované vody (DI), vzhledem k tomu, kationtové chitosanu (0,4 g) se rozpustí v 20 ml DI s 1% hmotnostních kyseliny octové. Grafitový prášek se disperguje ve vodných roztoků biopolymerů a zpracuje se za použití Ultrazvukový procesor UP200S (Maximální výkon 200 W, frekvence 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Německo) vybavený komolého kužele titanu sonotrody (model mikro hrotu S3, průměr hrotu 3 mm, maximální amplitudy 210μm, hustota akustické energie nebo intenzity povrchu 460 W cm^-2) Za následujících podmínek: 0,5 cyklu a 50% amplitudy, po dobu 10, 20, 30 a 60 minut, v daném pořadí. Nejlepších výsledků bylo dosaženo při 30min ultrazvuku. Sonikace se aplikuje v síle 16,25 W po dobu 30 minut, přičemž spotřeba energie (energie výkon na jednotku objemu) ze 731 ml Ws^-1,
Následně, směsi byly centrifugovány při 1500 otáčkách za minutu po dobu 60 minut, aby se odstranily unexfoliated částice grafitu a potom se promyje 5 krát a znovu se provedla centrifugace při 5000 otáčkách za minutu po dobu 20 minut za účelem odstranění nadbytečných biopolymerů. Výsledné tmavě šedá roztoky se suší ve vakuu při teplotě 40 ° C, dokud nepřestane masové ztráty. Výsledné prášky polymeru grafenu byly redispergovány ve vodě (1 mg ml^-1 pro pullulanu a chitosan; 0,18 mg ml^-1 pro alginát) pro charakterizaci. Grafenu plechy získané pullulan-, alginate- a chitosan asistované ultrazvuku byly vyjádřeny jako pull-G, ALG-G, a chit-G, v tomto pořadí.
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.
(Unalan et al., 2015)

ultrazvukové systémy

procesory ultrazvukové vysoce výkonné Hielscher jsou používány po celém světě pro úspěšné exfoliace a disperze grafitu a grafenu. Naše ultrazvukové dispergátory jsou k dispozici laboratoř a bench-top až do plných průmyslových výrobních jednotek. Kromě toho, robustnost, 24/7 provoz a nízké nároky na údržbu, Hielscher ultrasonicators přesvědčit vysokou snadnost zpracování a lineární škálovatelnost.
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 přinést velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 um lze snadno průběžně probíhat 24/7 provoz. Pro ještě vyšší amplitudy, přizpůsobené ultrazvukové sonotrody jsou k dispozici. Odpovídající ultrazvukové reaktory zajistit schopnost spolehlivého a bezpečného sériovou výrobu vysoce kvalitních grafenu nanosheets.

Hielscher je ultrazvukové vysoce výkonné homogenizátory jsou k dispozici pro všechny procesní měřítku – z laboratoře do výroby.

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: