οξείδιο του γραφενίου – Υπερήχων απολέπιση και διασπορά
Υπερήχων απολέπιση είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την παραγωγή οξειδίου του γραφενίου με τη διάσπαση του οξειδίου του γραφίτη σε λεπτά, μονής ή λίγων στρωμάτων φύλλα γραφενίου. Hielscher υπερήχων δημιουργούν έντονη ακουστική σπηλαίωση, όπου ενεργειακά πυκνά υπερηχητικά κύματα παράγουν υψηλής ενέργειας μικροφυσαλίδες σε ένα υγρό μέσο. Αυτές οι καταρρέουσες φυσαλίδες δημιουργούν δυνάμεις διάτμησης που διαχωρίζουν τα στρώματα οξειδίου του γραφίτη, απολεπίζοντάς τα αποτελεσματικά σε νανοφύλλα οξειδίου του γραφενίου. Επωφεληθείτε από υπερήχους υψηλής απόδοσης για να φέρετε την εφαρμογή σας με βάση το οξείδιο του γραφενίου στο επόμενο επίπεδο!
Υπερήχων απολέπιση του οξειδίου του γραφενίου
Το οξείδιο του γραφενίου είναι υδατοδιαλυτό, αμφίφιλο, μη τοξικό, βιοαποικοδομήσιμο και μπορεί εύκολα να διασκορπιστεί σε σταθερά κολλοειδή. Υπερήχων απολέπιση και διασπορά είναι μια πολύ αποτελεσματική, ταχεία και οικονομικά αποδοτική μέθοδος για τη σύνθεση, διασπορά και λειτουργικότητα οξείδιο του γραφενίου σε βιομηχανική κλίμακα. Στην κατάντη επεξεργασία, οι υπερηχητικοί διασκορπιστές παράγουν σύνθετα υλικά οξειδίου του γραφενίου υψηλής απόδοσης.
Πλεονεκτήματα της υπερηχητικής απολέπισης
Υπερήχων απολέπιση προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της απλότητας, επεκτασιμότητα, και φιλικότητα προς το περιβάλλον, καθώς συνήθως δεν απαιτεί σκληρές χημικές ουσίες ή πολύπλοκη επεξεργασία. Επιπλέον, επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο του μεγέθους και του πάχους των νανοφύλλων οξειδίου του γραφενίου, ζωτικής σημασίας για τη ρύθμιση των ιδιοτήτων τους σε διάφορες εφαρμογές.
Βιομηχανικός υπερηχητής UIP16000hdT για απολέπιση οξειδίου του γραφενίου σε υψηλή απόδοση
Πρωτόκολλο: Υπερηχητική απολέπιση οξειδίου του γραφενίου
Προκειμένου να ελεγχθεί το μέγεθος των νανοφύλλων οξειδίου του γραφενίου (GO), η μέθοδος απολέπισης παίζει βασικό παράγοντα. Λόγω των επακριβώς ελεγχόμενων παραμέτρων της διαδικασίας, η απολέπιση με υπερήχους είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική αποκόλλησης για την παραγωγή γραφενίου και οξειδίου του γραφενίου υψηλής ποιότητας.
Για την υπερηχητική απολέπιση οξειδίου του γραφενίου από οξείδιο του γραφίτη διατίθενται διάφορα πρωτόκολλα. Βρείτε ένα υποδειγματικό πρωτόκολλο για την απολέπιση υπερήχων οξειδίου του γραφενίου παρακάτω:
Η σκόνη οξειδίου του γραφίτη αναμειγνύεται σε υδατικό KOH με τιμή pH 10. Για την απολέπιση και την επακόλουθη διασπορά, χρησιμοποιείται ο υπερηχητικός τύπος καθετήρα UP200St (200W). Στη συνέχεια, ιόντα K+ συνδέονται στο βασικό επίπεδο γραφενίου για να προκαλέσουν μια διαδικασία γήρανσης. Η γήρανση επιτυγχάνεται υπό περιστροφική εξάτμιση (2 ώρες). Προκειμένου να απομακρυνθούν τα υπερβολικά ιόντα K +, η σκόνη πλένεται και φυγοκεντρείται διάφορες φορές.
Το λαμβανόμενο μείγμα φυγοκεντρείται και λυοφιλιώνεται, έτσι ώστε να καθιζάνει σκόνη οξειδίου του γραφενίου διασπειρόμενη.
Παρασκευή αγώγιμης πάστας οξειδίου του γραφενίου: Η σκόνη οξειδίου του γραφενίου μπορεί να διασκορπιστεί σε διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF) υπό υπερήχους προκειμένου να παραχθεί μια αγώγιμη πάστα. (Han et al.2014)
Ο μηχανισμός της απολέπισης υπερήχων οξειδίου του γραφενίου
(Εικ.: Potts et al. 2011)
Υπερήχων λειτουργικότητα του οξειδίου του γραφενίου
Κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται με επιτυχία για την ενσωμάτωση οξειδίου του γραφενίου (GO) σε πολυμερή και σύνθετα υλικά.
Παραδείγματα:
- οξείδιο του γραφενίου-TiO2 σύνθετο μικροσφαιρίδιο
- σύνθετο πολυστυρόλιο-μαγνητίτη-οξείδιο του γραφενίου (δομημένο πυρήνα-κέλυφος)
- σύνθετα υλικά ανηγμένου οξειδίου του γραφενίου με πολυστυρόλιο
- πολυανιλίνη επικαλυμμένο με νανοΐνες σύνθετο κέλυφος πυρήνα πολυστυρολίου/οξειδίου του γραφενίου (PANI-PS/GO)
- παρεμβαλλόμενο οξείδιο του γραφενίου από πολυστυρόλιο
- P-φαινυλενοδιαμίνη-4βινυλοβενζολο-πολυστυρόλιο τροποποιημένο οξείδιο του γραφενίου
Υπερήχων UP400St για την παρασκευή διασπορών νανοαιμοπεταλίων γραφενίου
Εφαρμογές του οξειδίου του γραφενίου που παράγεται με υπερήχων απολέπιση
Το οξείδιο του γραφενίου που παράγεται μέσω υπερηχητικής απολέπισης έχει ευρείες εφαρμογές σε διάφορους τομείς. Στα ηλεκτρονικά, χρησιμοποιείται σε εύκαμπτες αγώγιμες μεμβράνες και αισθητήρες. Στην αποθήκευση ενέργειας, βελτιώνει την απόδοση των μπαταριών και των υπερπυκνωτών. Οι αντιβακτηριακές ιδιότητες του οξειδίου του γραφενίου το καθιστούν πολύτιμο σε βιοϊατρικές εφαρμογές, ενώ η υψηλή επιφάνεια και οι λειτουργικές ομάδες του πλεονεκτούν στην κατάλυση και την περιβαλλοντική αποκατάσταση. Συνολικά, η απολέπιση με υπερήχους διευκολύνει την αποτελεσματική παραγωγή οξειδίου του γραφενίου υψηλής ποιότητας για χρήση σε τεχνολογίες αιχμής.
Υπερήχων για επεξεργασία γραφενίου και οξειδίου του γραφενίου
Hielscher Υπέρηχοι προσφέρει υψηλής ισχύος υπερήχων συστήματα για απολέπιση, διασπορά, και επεξεργασία γραφενίου και οξειδίου του γραφενίου. Αξιόπιστοι επεξεργαστές υπερήχων και εξελιγμένοι αντιδραστήρες παρέχουν ακριβή έλεγχο, επιτρέποντας τη ρύθμιση των υπερηχητικών διαδικασιών στους επιθυμητούς στόχους.
Μια κρίσιμη παράμετρος είναι το πλάτος υπερήχων, το οποίο καθορίζει τη δονητική επέκταση και συστολή του υπερηχητικού καθετήρα. Hielscher βιομηχανική υπερήχων παρέχουν υψηλά πλάτη, μέχρι 200μm, συνεχώς τρέχει σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένοι ανιχνευτές υπερήχων. Όλοι οι επεξεργαστές μπορούν να προσαρμοστούν με ακρίβεια στις συνθήκες της διαδικασίας και να παρακολουθούνται μέσω ενσωματωμένου λογισμικού, εξασφαλίζοντας αξιοπιστία, σταθερή ποιότητα και αναπαραγώγιμα αποτελέσματα.
Οι υπερήχων Hielscher είναι ισχυροί και μπορούν να λειτουργούν συνεχώς σε περιβάλλοντα βαρέως τύπου, καθιστώντας την υπερήχηση την προτιμώμενη τεχνολογία παραγωγής για μεγάλης κλίμακας γραφένιο, οξείδιο του γραφενίου και προετοιμασία γραφιτικού υλικού.
Ένα ευρύ φάσμα προϊόντων υπερήχων και αξεσουάρ, συμπεριλαμβανομένων sonotrodes και αντιδραστήρες με διάφορα μεγέθη και γεωμετρίες, επιτρέπει την επιλογή των βέλτιστων συνθηκών αντίδρασης και παραγόντων, όπως αντιδραστήρια, υπερήχων εισροή ενέργειας, πίεση, θερμοκρασία, και ρυθμό ροής, για να επιτευχθεί η υψηλότερη ποιότητα. Οι υπερηχητικοί αντιδραστήρες Hielscher μπορούν ακόμη και να πιέσουν έως και αρκετές εκατοντάδες barg, επιτρέποντας την υπερήχηση εξαιρετικά ιξωδών πάστας με ιξώδες που υπερβαίνει τα 250.000 centipoise.
Υπερήχων αποκόλληση και απολέπιση υπερέχουν συμβατικές τεχνικές λόγω αυτών των παραγόντων.
- υψηλή ισχύς
- υψηλές δυνάμεις διάτμησης
- Εφαρμόσιμες υψηλές πιέσεις
- ακριβής έλεγχος
- Απρόσκοπτη επεκτασιμότητα (γραμμική)
- παρτίδα και συνεχής
- Αναπαραγώγιμα αποτελέσματα
- αξιοπιστία
- Ευρωστία
- υψηλή ενεργειακή απόδοση
Σύστημα υπερήχων για απολέπιση οξειδίου του γραφενίου
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη σύνθεση υπερήχων γραφενίου, διασπορά και λειτουργικότητα, κάντε κλικ εδώ:
- Παραγωγή γραφενίου
- Νανοαιμοπετάλια γραφενίου
- Απολέπιση γραφενίου με βάση το νερό
- Γραφένιο διασπειρόμενο στο νερό
- οξείδιο του γραφενίου
- Ξένες
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Υπερηχογράφημα και σπηλαίωση: Πώς απολεπίζεται ο γραφίτης σε οξείδιο του γραφενίου χρησιμοποιώντας υπερήχους;
Υπερήχων απολέπιση του οξειδίου του γραφίτη (GrO) βασίζεται στην υψηλή δύναμη διάτμησης που προκαλείται από ακουστική σπηλαίωση. Η ακουστική σπηλαίωση προκύπτει λόγω των εναλλασσόμενων κύκλων υψηλής πίεσης / χαμηλής πίεσης, οι οποίοι δημιουργούνται από τη σύζευξη ισχυρών κυμάτων υπερήχων σε ένα υγρό. Κατά τη διάρκεια των κύκλων χαμηλής πίεσης εμφανίζονται πολύ μικρά κενά ή φυσαλίδες κενού, τα οποία αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια των εναλλασσόμενων κύκλων χαμηλής πίεσης. Όταν οι φυσαλίδες κενού επιτύχουν ένα μέγεθος όπου δεν μπορούν να απορροφήσουν περισσότερη ενέργεια, καταρρέουν βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Η κατάρρευση φυσαλίδων έχει ως αποτέλεσμα δυνάμεις διάτμησης σπηλαίωσης και κύματα τάσης, ακραία θερμοκρασία έως 6000K, ακραίους ρυθμούς ψύξης άνω των 1010K/s, πολύ υψηλές πιέσεις έως 2000atm, ακραίες διαφορές πίεσης καθώς και πίδακες υγρού με έως 1000km/h (∼280m/s).
Αυτές οι έντονες δυνάμεις επηρεάζουν τις στοίβες γραφίτη, οι οποίες αποκολλώνται σε μονοστρωματικό ή λίγων στρωμάτων οξείδιο του γραφενίου και παρθένα νανοφύλλα γραφενίου.
Τι είναι το οξείδιο του γραφενίου;
Το οξείδιο του γραφενίου (GO) συντίθεται με απολεπιστικό οξείδιο του γραφίτη (GrO). Ενώ το οξείδιο του γραφίτη είναι ένα 3D υλικό που αποτελείται από εκατομμύρια στρώματα στρωμάτων γραφενίου με παρεμβαλλόμενα οξυγόνο, το οξείδιο του γραφενίου είναι ένα γραφένιο μονής ή λίγων στρωμάτων που οξυγονώνεται και στις δύο πλευρές.
Το οξείδιο του γραφενίου και το γραφένιο διαφέρουν μεταξύ τους στα ακόλουθα χαρακτηριστικά: το οξείδιο του γραφενίου είναι πολικό, ενώ το γραφένιο είναι μη πολικό. Το οξείδιο του γραφενίου είναι υδρόφιλο, ενώ το γραφένιο είναι υδρόφοβο.
Αυτό σημαίνει ότι το οξείδιο του γραφενίου είναι υδατοδιαλυτό, αμφίφιλο, μη τοξικό, βιοαποικοδομήσιμο και σχηματίζει σταθερά κολλοειδή εναιωρήματα. Η επιφάνεια του οξειδίου του γραφενίου περιέχει εποξειδικές, υδροξυλικές και καρβοξυλομάδες, οι οποίες είναι διαθέσιμες για αλληλεπίδραση με κατιόντα και ανιόντα. Λόγω της μοναδικής οργανικής-ανόργανης υβριδικής δομής τους και των εξαιρετικών ιδιοτήτων τους, τα σύνθετα υλικά GO-polymer προσφέρουν υψηλές δυνατότητες για πολλαπλές βιομηχανικές εφαρμογές. (Tolasz et al. 2014)
Τι είναι το μειωμένο οξείδιο του γραφενίου;
Το μειωμένο οξείδιο του γραφενίου (rGO) παράγεται με υπερήχους, χημική ή θερμική αναγωγή του οξειδίου του γραφενίου. Κατά τη διάρκεια του σταδίου μείωσης, οι περισσότερες λειτουργίες οξυγόνου του οξειδίου του γραφενίου αφαιρούνται έτσι ώστε το προκύπτον μειωμένο οξείδιο του γραφενίου (rGO) να έχει πολύ παρόμοια χαρακτηριστικά με το παρθένο γραφένιο. Ωστόσο, το μειωμένο οξείδιο του γραφενίου (rGO) δεν είναι απαλλαγμένο ελαττωμάτων και παρθένο ως καθαρό γραφένιο.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.