Ultrasonic exfoliation af Vanddispergerbare graphene

  • Mono- og bi-layer graphene nanosheets kan produceres hurtigt via ultralyd exfoliation med højt gennemløb og med lave omkostninger.
  • Ultralyd ekspanderet graphene kan funktionaliseres med biopolymerer til opnåelse af vanddispergerbare graphene.
  • Ved ultralyd kavitation, kan det syntetiserede graphene forarbejdes yderligere til en stabil vandbaseret dispersion.

Ultrasonic Eksfoliering af høj kvalitet, Graphene

Ultralydbehandling er en pålidelig metode til at producere graphene lag (mono-, bi- og få lag graphene) fra grafitflager eller partikler. Mens andre almindelige exfoliation teknikker såsom kugle- og valsemøller eller stor forskydning blandere er forbundet med lav kvalitet og brugen af ​​aggressive reagenser og opløsningsmidler, den ultrasoniske exfoliation metode overbeviser med høj kvalitet output, høj proces kapacitet og milde procesbetingelser.
Ultralydkavitation skaber intense forskydningskræfter, som adskiller de stablede grafitlag i mono-, bi- og få-lag af defektfri grafen.

Vanddispergerbare grafenplader via sonikering

Sonikering ved hjælp af en ultralydssonde er en effektiv metode til at eksfoliere monolags grafen nanoark og sprede dem ensartet. Ultralydfunktionalisering gør det muligt at producere vanddispergerbar grafen.Ultralydbehandling er en effektiv procedure med gentagelige resultater til at løsne carbonnanorør i vand eller organiske opløsningsmidler. [/billedtekst] Under normale forhold er grafen næppe dispergerbar i vand og danner aggregater og agglomerater, når den dispergeres i vandigt medium. Da vandige systemer har betydelige fordele ved at være billige, er ikke-giftige, miljøvenlige, vandbaserede grafensystemer meget attraktive for grafenproducenter og nedstrømsindustrien.
For at opnå vanddispergerbare graphene nanosheets er ultralyd afstødes graphene modificeret med polysaccharider / biopolymerer, såsom pullulan, chitosan, alginat, gelatine eller gummi arabicum.

Fordele:

  • høj kvalitet grafen
  • højt udbytte
  • vandbaseret dispersion
  • høj koncentration
  • høj effektivitet
  • hurtig proces
  • lavpris
  • Høj gennemstrømning
  • miljøvenligt

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


7kW ultralyd dispergeringssystemet til inline graphene produktion (Klik for større billede!)

Ultralydreaktor med sonde-type ultralydapparater til industriel skala grafen eksfoliering

Protokol for direkte eksfoliering af grafit ved hjælp af ultralyd

Nonionisk pullulan og anionalginat (1,0 g) blev opløst separat i 20 ml destilleret vand, mens kationisk chitosan (0,4 g) blev opløst i 20 ml destilleret vand med 1 vægt% eddikesyre. Grafitpulver blev dispergeret i de vandige biopolymeropløsninger og behandlet ved hjælp af en sonde-type ultralydator UP200S (maksimal effekt 200 W, frekvens 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Tyskland) udstyret med en titanium sonotrode (mikrospids S3, spidsdiameter 3 mm, maksimal amplitude 210μm, akustisk effekttæthed eller overfladeintensitet 460 W cm-2) under følgende betingelser: 0,5 cyklus og 50% amplitude, i en periode på henholdsvis 10, 20, 30 og 60 min. Bedste resultater blev opnået ved 30min sonikering. Sonikering blev påført med en effekt på 16, 25 W i 30 minutter med energiforbrug (energiudgang pr. Volumenenhed) på 731 Ws ml-1.
Derefter blev blandinger centrifugeret ved 1500 rpm i 60 min for at fjerne ueksfolierede grafitpartikler og derefter vasket 5 gange og igen centrifugeret ved 5000 rpm i 20 minutter for at fjerne overskydende biopolymerer. De resulterende mørkegrå opløsninger blev vakuumtørret ved 40 ºC indtil intet massetab. De resulterende polymer-grafenpulvere blev redispergeret i vand (1 mg ml-1 for pullulan og chitosan; 0,18 mg ml-1 for alginat) til karakterisering. Grafenark opnået ved pullulan-, alginat- og chitosanassisteret ultralydbehandling blev angivet som henholdsvis pull-G, alg-G og chit-G.
Ud af de tre systemer, pullulan og chitosan var mere effektive i eksfoliering af grafit end alginat. Denne metode gav eksfolierede mono-, bi-, og kun få-layer graphene ark med kun lave laterale (kanter) defekter. Adsorption af biopolymerer på graphene overflade giver en langvarig stabilitet (mere end 6 måneder) af den vandige dispersion.
(jf. Unalan et al. 2015)

Ultralyd grafen eksfoliering i vand

En højhastighedssekvens (fra a til f) af rammer, der illustrerer sono-mekanisk eksfoliering af en grafitflage i vand ved hjælp af UP200S, en 200W ultralydator med 3 mm sonotrode. Pile viser stedet for opdeling (eksfoliering) med kavitationsbobler, der trænger ind i splittet.
(undersøgelse og billeder: © Tyurnina et al. 2020

Ultrasonic afskalning af vanddispergerbare graphene nanosheets (Unalan et al. 2015)

TEM-billeder af pull-G til: (a) 10 min; (B) 20 minutter; (C) 30 min; (D) 60 minutter; (E) gældsbevis-G i 30 minutter; (F) alg-G i 30 minutter. (Unalan et al. 2015)

Ultralydapparater til grafen eksfoliering

Den industrielle ultralydator UIP6000hdT leverer 6000 watt ultralyd med høj intensitet via sonde (sonotrode) til homogenisering, dispersion, emulgering og ekstraktionsapplikationer.Hielscher ultralydsprocessorer med høj effekt bruges over hele verden til vellykket eksfoliering og spredning af grafit og grafen. Vores ultralydspredere er tilgængelige fra lab og bench-top op til fuld industrielle produktionsenheder. Udover robusthed, 24/7 drift og lav vedligeholdelse overbeviser Hielscher ultralydapparater ved høj nem behandling og lineær skalerbarhed.
Processer kan nemt testes og optimeres i laboratoriet. Bagefter kan alle proces resulterer skaleres fuldstændigt lineær til kommerciel produktion niveau. Dette gør lydbehandling en effektiv produktionsmetode til den store mængde af høj kvalitet graphene ark.
Hielscher Ultrasonics industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan let køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydsonotroder tilgængelige. Matchende ultralydreaktorer sikrer evnen til pålidelig og sikker masseproduktion af grafennanoark af høj kvalitet samt stabile nanoarkdispersioner.

Robustheden af ​​Hielscher s ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch VolumenStrømningshastighedAnbefalede enheder
10 til 2000 ml20 til 400 ml / minUf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L0.2 til 4L / minUIP2000hdT
10 til 100 l2 til 10 l / minUIP4000
na10 til 100 l / minUIP16000
nastørreklynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydspredere til nanoark eksfoliering, grafen-relaterede applikationer, tekniske detaljer og priser. Vi vil være glade for at diskutere din grafen produktionsproces med dig og tilbyde dig en ultralydapparat, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Intens ultralydbehandling ved hjælp af en ultralydssonde (sonotrode) er en yderst effektiv metode til delaminering og eksfoliering af grafen nanoark.

Mekanisme for ultralyd eksfoliering af 2D nanoark.
(undersøgelse og grafik: Tyurnina et al., 2020)



Fakta Værd at vide

Graphene

Graphene ark Graphene er et monolag af sp2-bundne carbonatomer. Graphene tilbyder unikke materialeegenskaber såsom et ekstraordinært stort specifikt overfladeareal (2620 m2g-1), Overlegne mekaniske egenskaber med et Youngs modul på 1 tPA og en iboende styrke på 130 GPa, en ekstremt høj elektronisk ledningsevne (stuetemperatur elektron mobilitet på 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), Meget høj varmeledningsevne (over 3000 W m K-1), For at nævne de vigtigste egenskaber. På grund af dens overlegne materialeegenskaber, er graphene meget brugt i udvikling og produktion af højtydende batterier, brændselsceller, solceller, superkondensator, hydrogencarbonater lagre, elektromagnetiske skjolde og elektroniske apparater. Endvidere er graphene inkorporeret i mange nanokompositter og kompositmaterialer som forstærkende tilsætningsstof, f.eks i polymerer, keramik og metal matricer. Grund af sin høje ledningsevne, graphen er en vigtig bestanddel af ledende malinger og trykfarver.
Den hurtige og sikre ultralyds fremstilling af fejlfri graphene ved store mængder til lave omkostninger giver mulighed for at udvide ansøgningerne fra graphene til flere og flere industrier.

Litteratur / Referencer


Højtydende ultralyd! Hielschers produktsortiment dækker hele spektret fra den kompakte lab ultralydsprocessor over bench-top enheder til fuldindustrielle ultralydssystemer.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.


Vi vil være glade for at diskutere din proces.

Lad os komme i kontakt.