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.
Ultrasonic kavitation skaber intense forskydningskræfter, som adskiller de stablede grafitlag i mono-, bi- og få lag af fejlfri graphene.
Vanddispergerbar graphene Sheets
Under normale forhold, graphen er næppe dispergerbar i vand og danner aggregater og agglomerater, når de dispergeres i vandigt medium. Da vandige systemer har betydelige fordele ved at være billig, ikke-toksisk, miljøvenligt, vandbaserede graphene systemer er yderst attraktiv for graphene fabrikanter og aftagerindustrien.
For at opnå vanddispergerbare graphene nanosheets er ultralyd afstødes graphene modificeret med polysaccharider / biopolymerer, såsom pullulan, chitosan, alginat, gelatine eller gummi arabicum.
- høj kvalitet grafen
- højt udbytte
- vandbaseret dispersion
- høj koncentration
- høj effektivitet
- hurtig proces
- lavpris
- Høj gennemstrømning
- miljøvenligt
Ultrasonic system til graphene eksfoliering
Protokol af Direkte Eksfoliering af grafit
Nonioniske pullulan og anionisk alginat (1,0 g) blev separat opløst i 20 ml destilleret vand (DI), hvorimod kationisk chitosan (0,4 g) blev opløst i 20 ml DI med 1 vægt% eddikesyre. Grafit pulver blev dispergeret i de vandige biopolymer opløsninger og behandlet under anvendelse af en ultralyds processor UP200S (Maksimal effekt 200 W, frekvens 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Tyskland) udstyret med en keglestub titanium sonotrode (model micro spids S3, spidsdiameter 3 mm, maksimal amplitude 210μm, akustisk effekttæthed eller overflade intensitet 460 W cm-2) Under følgende betingelser: 0,5 cyklus og 50% amplitude, i et tidsrum på 10, 20, 30, og 60 min. De bedste resultater blev opnået ved 30 min lydbehandling. Lydbehandling blev påført ved magt 16.25 W i 30 minutter, med energiforbrug (energioutput per volumenenhed) af 731 Ws ml-1.
Efterfølgende blev blandinger centrifugeret ved 1500 rpm i 60 minutter til fjernelse unexfoliated grafitpartikler og derefter vasket 5 gange og igen centrifugeret ved 5000 rpm i 20 min for at fjerne overskydende biopolymerer. De resulterende mørkegrå opløsninger blev vakuumtørret ved 40 ° C, indtil der ikke masse-tab. Den resulterende polymer-graphene pulvere blev gendispergeres i vand (1 mg ml-1 for pullulan og chitosan; 0,18 mg ml-1 for alginat) til karakterisering. Graphene ark opnået ved pullulan-, alginate-, og chitosan-assisteret ultralydbehandling blev angivet som pull-G, alg-G, og gældsbevis-G, hhv.
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.
(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)
Ultralydssystemer
Hielscher high-power ultralyds-processorer anvendes over hele verden for en vellykket eksfoliering og spredning af grafit og graphene. Vores ultralyds dispergatorer er tilgængelige fra laboratoriet og bench-top op til fuld industrielle produktionsenheder. Udover robusthed, 24/7 drift og lav vedligeholdelse, Hielscher ultrasonicators overbeviser med høj forarbejdningslethed 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 Ultralyd’ industrielle ultralyds-processorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 um kan nemt uden stop 24/7 drift. For endnu højere amplituder, tilpassede ultralyd sonotrodes er tilgængelige. Matchende ultralyd reaktorer sikrer evnen til pålidelig og sikker masseproduktion af høj kvalitet graphene nanosheets.
Hielscher's ultralydseffektive homogenisatorer er tilgængelige for enhver processkala – fra laboratorium til produktion.
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 Volumen | Strømningshastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 til 100 l | 2 til 10 l / min | UIP4000 |
| na | 10 til 100 l / min | UIP16000 |
| na | større | klynge af UIP16000 |
Litteratur / Referencer
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharidassisteret hurtig eksfoliering af grafitplader i vanddisperbare grafenplader af høj kvalitet. RSC Forskud 5, 2015. 26482–26490.
Fakta Værd at vide
Graphene
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.