Exfoliace grafenu na vodní bázi

Ultrazvuková exfoliace umožňuje produkovat několikavrstvý grafen bez použití drsných rozpouštědel pouze s čistou vodou. Vysoce výkonná ultrazvuková delaminace delaminuje grafenové listy během krátké léčby. Vyhýbání se rozpouštědlům mění exfoliaci grafenu v zeleném, udržitelném procesu.

Výroba grafenu pomocí exfoliace kapalné fáze

Ultrasonic disperser UIP4000hdT for commercial graphene exfoliation in continuous flowGrafen se komerčně vyrábí prostřednictvím tzv. exfoliace kapalné fáze. Exfoliace grafenu v kapalné fázi vyžaduje použití toxických, ekologicky škodlivých a drahých rozpouštědel, která se používají jako chemické před ošetření nebo v kombinaci s mechanickou disperzní technikou. Pro mechanickou disperze grafenových listů byla ultrazvuku stanovena jako vysoce spolehlivá, účinná a bezpečná technika pro výrobu vysoce kvalitních grafenových listů ve velkém množství na plně průmyslové úrovni. Vzhledem k tomu, že použití tvrdých rozpouštědel je vždy doprovázeno náklady, kontaminací, komplexním odstraněním a likvidací, bezpečnostními obavami a ekologickou zátěží, je netoxická a bezpečnější alternativa výrazně výhodná. Exfoliace grafenu pomocí vody jako rozpouštědla a výkon ultrazvuku pro mechanickou delaminaci několika vrstev grafenových listů je proto velmi slibnou technikou pro výrobu zeleného grafenu.
Mezi běžná rozpouštědla, která se často používají jako kapalná fáze k rozptýlení grafenových nano listů, patří Dimethylsulfid (DMSO), N,N-dimethylformamid (DMF), N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahydrofuran (THF), propylen-karbonateaceton (PC), ethanol a formamid.
Jako již dlouho zavedená technika pro exfoliaci grafenu v komerčním měřítku, ultrazvuku umožňuje produkovat vysoce kvalitní grafen vysoké čistoty za nízké náklady. Vzhledem k tomu, že ultrazvuková grafenová exfoliace může být zcela lineární škálována na jakýkoli objem, výrobní výnos vysoce kvalitních grafenových vloček lze snadno implementovat pro hromadnou výrobu grafenu.

Žádost o informace





Ultrasonic disperser UIP2000hdT, a 2000 watts powerful sonic system, for graphene exfoliation and dispersion.

UIP2000hdT je 2kW výkonný ultrazvukový dispergátor pro exfoliaci a disperze grafenu.

Ultrazvukové exfoliace grafenu ve vodě

Tyurnina et al. (2020) zkoumala účinky amplitudy a intenzity ultrazvuku na roztoky čistého vodního grafitu a výslednou exfoliaci grafenu. Ve studii použili Hielschera. UP200S (200 w, 24kHz). Ultrazvukové exfoliace pomocí vody byla aplikována jako jeden krok proces pro několik vrstev grafen delaminace. Krátká léčba 2h byla dostatečná k produkci několikavrstvého grafenu v otevřeném nastavení sonikace kádinky.

Ultrasonic graphene exfoliation in water

Vysokorychlostní sekvence (od a do f) rámů ilustrující sonomechanické exfoliace grafitové vločky ve vodě pomocí UP200s, ultrasonicator 24 kHz s 3-mm sonotrodou. Šipky ukazují místo rozdělení (exfoliace) s kavitačními bublinami pronikajícími do rozdělení.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0).

Optimalizace ultrazvukové grafenové exfoliace

Ultrazvukový procesor UP200St s sonotrode a zábrusem.Ultrazvukové nastavení používané Tyurnina et al. (2020) lze snadno optimalizovat pro větší účinnost a rychlejší exfoliaci pomocí uzavřeného ultrazvukového reaktoru v průtokovém režimu. Ultrazvukové inline ošetření umožňuje výrazně jednotnější ultrazvukové ošetření veškeré grafitové suroviny: krmení roztoku grafitu / vody přímo do uzavřeného prostoru ultrazvukové kavitace, veškerý grafit se stává rovnoměrně sonikován, což vede k vysokému výtěžku vysoce kvalitních grafenových vloček.
Hielscher Ultrazvukové systémy umožňují přesnou kontrolu nad všemi důležitými parametry zpracování, jako je amplituda, čas / retence, příkon energie (Ws / ml), tlak a teplota. Nastavení optimálních ultrazvukových parametrů má za následek nejvyšší výtěžek, kvalitu a celkovou účinnost.

Jak ultrazvuku podporuje exfoliaci grafenu

Když jsou ultrazvukové vlny s vysokým výkonem spojeny do kejdy grafitového prášku a vody nebo jakéhokoli rozpouštědla, sonomechanické síly, jako jsou vysoké smyky, intenzivní turbulence a vysokotlaké a teplotní diferenciály, vytvářejí energeticky intenzivní podmínky. Tyto energeticky intenzivní podmínky jsou výsledkem fenoménu akustické kavitace. Přečtěte si více o ultrazvukové kavitaci zde!
Výkonový ultrazvuk iniciuje rozšíření grafitového prášku, protože tekutiny jsou lisovány mezi vrstvami grafenu, z nichž se skládá grafit. Ultrazvukové smyk síly delaminovat jednotlivé listy grafenu a rozptýlit je jako grafenové vločky v roztoku. Pro dosažení dlouhodobé stability grafenu ve vodě je nutná povrchově aktivní voda.

Ultrazvukové disperze uhlíkových nanotrubiček: Hielscher ultrasonicator UP400S (400W) rozptýlí a rozpojí CNT rychle a efektivně do jednoho nanotrubičky.

Ultrasonicator UP200St (200W) dispergující sazí ve vodě pomocí 1% wt Tween80 jako povrchově aktivní látky

 

Žádost o informace





Vysoce výkonné ultrasonicators pro grafenovou exfoliaci

Inteligentní vlastnosti ultrasonicators Hielscher jsou navrženy tak, aby zaručily spolehlivý provoz, reprodukovatelné výsledky a uživatelskou přívětivost. Provozní nastavení lze snadno získat a vytočit pomocí intuitivní nabídky, která je přístupná prostřednictvím digitálního barevného dotykového displeje a dálkového ovládání prohlížeče. Proto jsou všechny podmínky zpracování, jako je čistá energie, celková energie, amplituda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenány na vestavěné SD kartě. To vám umožní revidovat a porovnat předchozí zvukové běhy a optimalizovat proces exfoliace grafenu na nejvyšší účinnost.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Hielscher Ultrazvukové systémy se používají po celém světě pro výrobu vysoce kvalitních grafenových listů a oxidů grafenu. Hielscher průmyslové ultrasonicators mohou snadno provozovat vysoké amplitudy v nepřetržitém provozu (24/7/365). Amplitudy až 200 μm lze snadno generovat pomocí standardních sonotrodů (ultrazvukové sondy / rohy a cascatrodyTm). Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonárody. Díky své robustnosti a nízké údržbě jsou naše ultrazvukové exfoliační systémy běžně instalovány pro náročné aplikace a v náročných prostředích.

Hielscher ultrazvukové procesory pro exfoliaci grafenu jsou již instalovány po celém světě v komerčním měřítku. Kontaktujte nás nyní a prodiskutujte váš proces výroby grafenu! Náš zkušený personál vám rád sdělí více informací o procesu exfoliace, ultrazvukových systémech a cenách!

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Hromadná dávka průtok Doporučené Devices
1 až 500 ml 10 až 200 ml / min UP100H
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 UIP4000hdT
na 10 až 100L / min UIP16000
na větší hrozen UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi probereme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.

Literatura / Reference

  • Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrazvuková exfoliace grafenu ve vodě: Studie klíčových parametrů. Uhlíková Vol. 168, 2020. 737-747.
    (K dispozici pod atribucí Creative Commons 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. Podívejte se na úplné podmínky zde.).
  • Štengl V., Henych J., slušná M., Ecsad P. (2014): Ultrazvuk exfoliace anorganických analogů grafenu, Nanoměřítku Research Letters 9 (1), 2014.
  • Unalan m.j., Wan C, Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): polysacharid-asistované odlupování rychlé grafitových destiček do vysoce kvalitní ve vodě dispergovatelných grafenu listů. RSC Pokroky 5, 2015. 26482-26490.
  • Bang, J. H .; Suslick, K. S. (2010): Použití ultrazvuku k syntéze nanostrukturovaných materiálů. Advanced Materials 22/2010. str. 1039-1059.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vláčil, P. (2011): TiO2-grafenu Nanokompozitní jako High Performance fotokatalyzátory. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. str. 25209-25218.



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.
Grafen je vrstva uhlíku s jedním atomem, která může být popsána jako jednovrstvá nebo 2D struktura grafenu (jednovrstvý grafén = SLG). Grafen má mimořádně velký povrch a vynikající mechanické vlastnosti (Youngův modul 1 TPa a vnitřní pevnost 130 GPa), nabízí vynikající elektronickou a tepelnou vodivost, mobilitu nosiče náboje, průhlednost a je nepropustný pro plyny. Vzhledem k těmto materiálovým vlastnostem je grafen použit jako výztužná přísada, aby kompozity získaly svou pevnost, vodivost atd. Aby bylo možné kombinovat vlastnosti grafenu s jinými materiály, musí být grafen rozpuštěn do sloučeniny nebo aplikován jako tenkovrstvý povlak na podklad.


Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

Vysoce výkonný ultrazvuk! Hielscher je produktová řada pokrývá celé spektrum od kompaktní laboratoře ultrasonicator přes bench-top jednotky na full-průmyslové ultrazvukové systémy.