Ultralyds Graphene produktion

Ultralyds syntese af Graphene via grafit eksfoliering er den mest pålidelige og fordelagtige metode til fremstilling af Graphene ark i industriel målestok af høj kvalitet. Hielscher's højtydende ultralydsprocessorer er præcist styrbar og kan generere meget høje amplituder i 24/7 operation. Dette gør det muligt at forberede store mængder af uberørt Graphene i en facile og størrelse-kontrollerbar måde.

Ultrasonic Fremstilling af Graphene

Da de ekstraordinære egenskaber ved grafit er kendt, er der udviklet flere metoder til dets fremstilling. Udover den kemiske produktion af grafener fra grafenoxid i flertrinsprocesser, for hvilke der kræves meget stærke oxidations- og reduktionsmidler. Derudover indeholder den grafen, der fremstilles under disse hårde kemiske forhold, ofte en stor mængde defekter selv efter reduktion sammenlignet med grafer opnået fra andre metoder. Imidlertid er ultralyd et velprøvet alternativ til at producere grafen af ​​høj kvalitet, også i store mængder. Forskere har udviklet lidt forskellige måder ved hjælp af ultralyd, men generelt er grafenproduktionen en simpel one-step-proces.
For at give et eksempel på en specifik graphene produktionsruten: Grafit tilsættes i en blanding af fortyndet organisk syre, alkohol og vand, hvorefter blandingen udsættes for ultrasonisk bestråling. Syren virker som en “molekylær kile” som adskiller ark graphene fra stam grafit. Ved denne enkle proces, er en stor mængde af ubeskadiget, høj kvalitet graphene dispergeret i vand oprettet. (An et al. 2010)

Figur 1:. AFM billede af eksfolierede GO ark med tre højdeprofiler erhvervet i forskellige steder (Stankovich et al 2007.)

Graphene Direkte Eksfoliering

Ultralyd muliggør fremstilling af graphenes i organiske opløsningsmidler, overfladeaktive midler / vandopløsninger eller ioniske væsker. Det betyder, der kan undgås anvendelsen af ​​stærkt oxiderende eller reducerende midler. Stankovich et al. (2007) producerede graphene ved delaminering under ultralydbehandling.
AFM billeder af graphene oxid afstødes af ultralydsbehandlingen i koncentrationer på 1 mg / ml i vand afslørede altid tilstedeværelsen af ​​ark med ensartet tykkelse (~ 1 nm, eksempel er vist i figur 1 nedenfor.). Disse godt afstødes prøver af graphene oxid indeholdt ingen ark enten tykkere eller tyndere end 1 nm, hvilket fører til en konklusion, at fuldstændig afskalning af graphene oxid ned til de enkelte graphene oxid ark faktisk blev opnået under disse betingelser. (Stankovich et al. 2007)

Fremstilling af graphene Sheets

Stengl et al. har vist den vellykkede fremstilling af rene graphene ark i store mængder under fremstillingen af ​​støkiometriske TiO2 graphene nanocomposit ved termisk hydrolyse af suspensionen med graphene nanosheets og titandioxid peroxo kompleks. De rene graphene nanosheets blev produceret fra naturlig grafit anvendelse af en høj intensitet kavitation felt genereret af Hielscher ultrasoniske processor UIP1000hd i en højtryks ultralydsreaktoren ved 5 bar. De graphene ark opnået, med højt specifikt overfladeareal og unikke elektroniske egenskaber, kan anvendes som en god støtte til TiO2 at forbedre den fotokatalytiske aktivitet. Forskergruppen nedlagt kvaliteten af ​​ultralyd fremstillet graphen er meget højere end graphene opnået ved Hummer metode, hvor grafit afstødes og oxideret. Da de fysiske forhold i ultralydsreaktoren kan styres præcist og med den antagelse, at koncentrationen af ​​graphene som dopingmiddel vil variere i området fra 1 – 0.001%, produktion af graphene i et kontinuerligt system på kommerciel målestok er muligt.

Fremstilling af Ultrasonic Behandling af Graphene Oxide

Oh et al. (2010) har vist en fremstillingsvej brug af ultrasonisk bestråling til frembringelse graphene oxid (GO) lag. Derfor er de suspenderede femogtyve milligram graphene oxidpulver i 200 ml deioniseret vand. Ved omrøring opnåede de en inhomogen brune suspension. De resulterende suspensioner blev sonikeret (30 minutter, 1,3 x 105J), og efter tørring (ved 373 K) den ultralydsbehandlet graphene oxid blev fremstillet. En FTIR-spektroskopi viste, at ultralydsbehandlingen ikke ændrede de funktionelle grupper graphene oxid.

Figur 2:. SEM billede af graphene nanosheets opnået ved ultrasonikering (Oh et al 2010.)

Funktionalisering af Graphene Sheets

Xu og Suslick (2011) beskriver en bekvem éttrins fremgangsmåde til fremstilling af polystyren funktionaliseret grafit. I deres undersøgelse, de brugte grafitflager og styren som råmateriale. Ved sonikering grafikflagerne i styren (en reaktiv monomer), ultralyd bestråling resulterede i mechanochemical afskalning af grafitflager i single-layer og få lag graphene ark. Samtidig har funktionaliseringen af ​​graphene ark med polystyren kæder er nået.
Den samme proces med funktionalisering kan udføres med andre vinylmonomerer til kompositter baseret på graphen.

Fremstilling af nanoribbons

Forskningsgruppen for Hongjie Dai og hans kolleger fra Stanford University fandt en teknik til at forberede nanoribbons. Graphene bånd er tynde strimler af grafen, der kan have endnu mere nyttige egenskaber end grafenark. Ved bredder på ca. 10 nm eller mindre er grafenbåndets adfærd ligner en halvleder, da elektroner er tvunget til at bevæge sig i længderetningen. Derved kunne det være interessant at bruge nanoribboner med halvlederlignende funktioner i elektronik (fx til mindre, hurtigere computerchips).
Dai et al. fremstilling af graphene nanoribbons baser på to trin: for det første, de løsnede lag af graphene fra grafit ved en varmebehandling af 1000ºC i et minut i 3% hydrogen i argongas. Derefter blev graphene brudt op i strimler under anvendelse af ultralydbehandling. De ved denne teknik nanoribbons er karakteriseret ved meget ’glattere’ kanter end dem, der foretages ved konventionelle litografiske midler. (Jiao et al. 2009)

Fremstilling af Carbon Nanoscrolls

Carbon Nanoscrolls ligner flervæggede carbon-nanorør. Forskellen til MWCNTs er de åbne spidser og fuld tilgængelighed af de indre overflader til andre molekyler. De kan syntetiseres wet-kemisk ved interkalaterende grafit med kalium, eksfolierende i vand og sonikering af kolloid suspension. (Jf Viculis et al. 2003) ultralydbehandling bistår rulle op af graphene monolag i carbon nanoscrolls (se fig. 3). En høj virkningsgrad på 80% er blevet opnået, som gør produktionen af ​​nanoscrolls interessante til kommercielle anvendelser.

Fig.3: Ultrasonic syntese af Carbon Nanoscrolls (Viculis et al 2003.)

graphene dispersioner

Spredningskvaliteten af ​​grafen og grafenoxid er yderst vigtigt for at anvende grafens fulde potentiale med dets specifikke egenskaber. Hvis grafen ikke spredes under kontrollerede forhold, kan polydispersiteten af ​​grafendispersionen føre til uforudsigelig eller nonidal adfærd, når den er inkorporeret i enheder, da grafens egenskaber varierer som en funktion af dets strukturelle parametre. Sonication er en gennemprøvet behandling for at svække mellemlagerkræfterne og muliggør en nøjagtig kontrol af de vigtige behandlingsparametre.
”For graphene oxid (GO), der typisk afstødes som enkelt-lags ark, en af ​​de vigtigste polydispersitet udfordringer skyldes variationer i den laterale område af flagerne. Det er blevet vist, at den gennemsnitlige laterale størrelse af GO kan forskydes fra 400 nm til 20 um ved at ændre grafit udgangsmateriale og lydbehandling betingelser.”(Green et al. 2010)
den ultrasoniske sprede af graphene resulterer i fine og endda kolloide opslæmninger er blevet påvist i forskellige andre undersøgelser. (Liu et al. 2011 / Baby et al. 2011 / Choi et al. 2010)
Zhang et al. (2010) har vist, at ved brugen af ​​ultralydbehandling en stabil graphene dispersion med en høj koncentration på 1 mg · ml-1 og relativt rene graphene ark er nået, og som fremstillede graphene ark udviser en høj elektrisk ledningsevne på 712 S · m^-1. Resultaterne af Fourier transformerede infrarøde spektre og Raman-spektre undersøgelse viste, at det ultrasoniske fremstillingsmetode har mindre skade på de kemiske og krystalstrukturer af graphene.

Højtydende Ultrasonicators

Til fremstilling af høj kvalitet Graphene Nano-ark, pålidelig højtydende ultralyds udstyr er påkrævet. Amplitude, tryk og temperatur en afgørende parametre, som er afgørende for reproducerbarhed og ensartet produktkvalitet. Hielscher Ultrasonics’ ultralydsprocessorer er kraftfulde og præcist kontrollerbare systemer, som giver mulighed for den nøjagtige indstilling af procesparametre og kontinuerlig High-Power ultralyd udgang. Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralyds-processorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan let kontinuerligt køres i 24/7 drift. For endnu højere amplituder, tilpassede ultralyd sonotroder er tilgængelige. Robustheden af Hielscher's ultralyds udstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tung pligt og i krævende miljøer.
Vores kunder er tilfredse med den fremragende robusthed og pålidelighed af Hielscher ultralydssystemer. Installationen i områder af Heavy-Duty applikation, krævende miljøer og 24/7 drift sikrer effektiv og økonomisk behandling. Ultralyd procesintensivering reducerer behandlingstid og opnår bedre resultater, dvs højere kvalitet, højere udbytter, innovative produkter.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: