Υπερήχων διασπορά γραφενίου
Για να ενσωματωθεί το γραφένιο σε σύνθετα υλικά, είναι απαραίτητο να διασκορπιστεί ή να απολεπιστεί το γραφένιο σε μεμονωμένα νανοφύλλα ομοιόμορφα σε όλο το σκεύασμα. Όσο πιο διεξοδικά αποσυσσωματώνεται το γραφένιο, τόσο καλύτερα μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι εξαιρετικές ιδιότητες του υλικού. Υπερήχων διασπορά προσφέρει ανώτερη κατανομή σωματιδίων και σταθερότητα διασποράς, ακόμη και σε υψηλές συγκεντρώσεις και ιξώδες. Αυτή η μέθοδος παρέχει εξαιρετική ποιότητα διασποράς, ξεπερνώντας κατά πολύ τις συμβατικές τεχνικές ανάμειξης.
Υπερήχων διασπορά γραφενίου
Για να εμποτιστούν τα σύνθετα υλικά με τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά του γραφενίου, όπως η αντοχή του, το γραφένιο πρέπει να διασκορπιστεί ομοιόμορφα σε μια μήτρα ή να εφαρμοστεί ως επίστρωση λεπτού υμενίου σε ένα υπόστρωμα. Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τις προκύπτουσες ιδιότητες του υλικού περιλαμβάνουν τη συσσωμάτωση, την καθίζηση και τη διασπορά εντός της μήτρας ή της κατανομής σωματιδίων στο υπόστρωμα.
Λόγω της υδρόφοβης φύσης του γραφενίου, η δημιουργία μιας σταθερής και εξαιρετικά συμπυκνωμένης διασποράς χωρίς επιφανειοδραστικές ουσίες ή διασκορπιστικά είναι δύσκολη. Η υπέρβαση των δυνάμεων van der Waals απαιτεί ισχυρές δυνάμεις διάτμησης, οι οποίες μπορούν να δημιουργηθούν αποτελεσματικά με υπερηχητική σπηλαίωση. Αυτή η μέθοδος είναι η πιο εξελιγμένη για την προετοιμασία σταθερών διασπορών.
Βιομηχανικοί υπερήχων για τη διασπορά γραφενίου υψηλής απόδοσης.
Περισσότερες πληροφορίες και τεχνικές λεπτομέρειες σχετικά με Hielscher βιομηχανικούς υπερήχων τύπου καθετήρα για απολέπιση και διασπορά γραφενίου μπορείτε να βρείτε εδώ:
- UIP1000hdT (υπερηχογράφημα ισχύος 1000 watt)
- UIP2000hdT (υπερηχογράφημα ισχύος 2000 watt)
- UIP4000hdT (υπερηχογράφημα ισχύος 4000 watt)
- UIP6000hdT (υπερηχογράφημα ισχύος 6000 watt)
- UIP16000hdT (υπερηχογράφημα ισχύος 16.000 watt)
Όλοι οι υπερήχων Hielscher επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο όλων των σημαντικών παραμέτρων της διαδικασίας, η τεχνολογία διασποράς υπερήχων αποφεύγει τις ζημιές των χημικών και κρυσταλλικών δομών του γραφενίου – με αποτέλεσμα παρθένες, χωρίς ελαττώματα νιφάδες γραφενίου.
Hielscher ισχυρό υπερήχων είναι σε θέση να επεξεργαστεί γραφένιο και γραφίτη σε μεγάλους όγκους, π.χ. για απολέπιση υγρής φάσης και διασπορά γραφενίου. Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διαδικασίας επιτρέπει την απρόσκοπτη κλιμάκωση των υπερηχητικών διεργασιών από τον πάγκο έως την πλήρη εμπορική παραγωγή.
Υπερηχητικά απολεπισμένο γραφένιο λίγων στρωμάτων με περίπου 3-4 στρώματα και μέγεθος περίπου 1μm μπορεί να (επανα)διασκορπιστεί σε συγκεντρώσεις τουλάχιστον 63 mg / mL.
Εικόνες SEM νανοαιμοπεταλίων γραφενίου στα β) X3000 και γ) X8000
(Μελέτη και εικόνες: ©Alizadeh et al., 2018)
- υψηλής ποιότητας γραφένιο
- υψηλή απόδοση / υψηλές αποδόσεις
- ομοιόμορφη διασπορά
- υψηλή συγκέντρωση
- Υψηλό ιξώδες
- ταχεία διαδικασία
- χαμηλό κόστος
- Υψηλή απόδοση
- φιλικό προς το περιβάλλον
7kW υπερηχητικός αντιδραστήρας για διασπορές γραφενίου
Υπερήχων ομογενοποιητές και διασκορπιστής για γραφένιο
Hielscher Υπέρηχοι παρέχει υψηλής ισχύος υπερήχων συστήματα για την απολέπιση και τη διασπορά χύδην-στρώμα γραφενίου και γραφίτη σε μονο-, δύο, και λίγα-στρώσεις γραφένιο. Οι αξιόπιστοι επεξεργαστές υπερήχων και οι προηγμένοι αντιδραστήρες παρέχουν την απαραίτητη ισχύ και ακριβή έλεγχο για την επίτευξη συγκεκριμένων στόχων διαδικασίας.
Μία από τις πιο σημαντικές παραμέτρους της διαδικασίας είναι το πλάτος υπερήχων, το οποίο είναι η δονητική μετατόπιση στο υπερηχητικό κέρατο. Hielscher βιομηχανική υπερήχων έχουν σχεδιαστεί για να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη, με συνεχή λειτουργία σε έως και 200μm. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένοι ανιχνευτές υπερήχων. Οι παράμετροι διαδικασίας όλων των υπερήχων Hielscher μπορούν να προσαρμοστούν με ακρίβεια στις απαιτούμενες συνθήκες διαδικασίας και να παρακολουθούνται μέσω ενσωματωμένου λογισμικού, εξασφαλίζοντας υψηλή αξιοπιστία, σταθερή ποιότητα και αναπαραγώγιμα αποτελέσματα. Ο στιβαρός σχεδιασμός των υπερήχων Hielscher είναι κατασκευασμένοι για 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε απαιτητικά περιβάλλοντα, καθιστώντας την υπερήχηση την προτιμώμενη τεχνολογία για μεγάλης κλίμακας παραγωγή νανοφύλλων γραφενίου μονής και μικρής στρώσης.
Hielscher προσφέρει ένα ευρύ φάσμα υπερήχων και αξεσουάρ, συμπεριλαμβανομένων sonotrodes και αντιδραστήρες διαφόρων μεγεθών και γεωμετριών. Αυτό επιτρέπει την επιλογή των βέλτιστων συνθηκών αντίδρασης και παραγόντων, όπως αντιδραστήρια, εισροή ενέργειας υπερήχων ανά όγκο, πίεση, θερμοκρασία και ρυθμό ροής, για την επίτευξη της υψηλότερης ποιότητας. Οι υπερηχητικοί αντιδραστήρες τους μπορούν να συμπιεστούν έως και αρκετές εκατοντάδες barg, καθιστώντας εφικτή την υπερήχηση των εξαιρετικά ιξωδών πάστας (μέχρι 250.000 centipoise).
Αυτές οι δυνατότητες καθιστούν την αποκόλληση υπερήχων, την απολέπιση και τη διασπορά ανώτερη από τις συμβατικές τεχνικές λείανσης και άλεσης.
Hielscher υπερήχων είναι οι πιο εξελιγμένοι ομογενοποιητές υπερήχων στην αγορά. Επωφεληθείτε από τα πολυάριθμα οφέλη που έρχονται με Hielscher υπερήχους!
Γραφική απεικόνιση της υπερηχητικής σύνθεσης νανοαιμοπεταλίων γραφενίου χρησιμοποιώντας τον υπερήχων UP100H
(Μελέτη και γράφημα: Ghanem and Rehim, 2018)
Hielscher Sonicators για γραφένιο:
- Υπερηχογράφημα υψηλής ισχύος
- υψηλές δυνάμεις διάτμησης
- Εφαρμόσιμες υψηλές πιέσεις
- ακριβής έλεγχος
- Απρόσκοπτη επεκτασιμότητα (γραμμική)
- παρτίδα και ροή
- Αναπαραγώγιμα αποτελέσματα
- αξιοπιστία
- Ευρωστία
- υψηλή ενεργειακή απόδοση
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Τι είναι το γραφένιο;
Το γραφένιο είναι ένα στρώμα άνθρακα πάχους ενός ατόμου, το οποίο μπορεί να περιγραφεί ως μονοστρωματική ή 2D δομή γραφενίου (γραφένιο μονής στρώσης = SLG). Το γραφένιο έχει εξαιρετικά μεγάλη ειδική επιφάνεια και ανώτερες μηχανικές ιδιότητες (συντελεστής Young 1 TPa και εγγενής αντοχή 130 GPa), προσφέρει μεγάλη ηλεκτρονική και θερμική αγωγιμότητα, κινητικότητα φορέα φορτίου, διαφάνεια και είναι αδιαπέραστο από αέρια. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών του υλικού, το γραφένιο χρησιμοποιείται ως ενισχυτικό πρόσθετο για να δώσει στα σύνθετα υλικά την αντοχή, την αγωγιμότητα κ.λπ. Προκειμένου να συνδυαστούν τα χαρακτηριστικά του γραφενίου με άλλα υλικά, το γραφένιο πρέπει να διασκορπιστεί στην ένωση ή να εφαρμοστεί ως επικάλυψη λεπτής μεμβράνης σε ένα υπόστρωμα.
Οι κοινοί διαλύτες, οι οποίοι χρησιμοποιούνται συχνά ως υγρή φάση για τη διασπορά νανοφύλλων γραφενίου, περιλαμβάνουν διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO), Ν, Ν-διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF), Ν-μεθυλο-2-πυρρολιδόνη (NMP), τετραμεθυλουρία (TMU, τετραϋδροφουράνιο (THF), ανθρακικοκακετόνη προπυλενίου (PC), αιθανόλη και φορμαμίδιο.
Μπορεί το γραφένιο να διασκορπιστεί στο νερό;
Ναι, το γραφένιο μπορεί να διασκορπιστεί στο νερό χρησιμοποιώντας επιφανειοδραστικές ουσίες, πολυμερή ή άλλους σταθεροποιητικούς παράγοντες για την πρόληψη της συσσωμάτωσης και τη διατήρηση της σταθερότητας διασποράς. Αξιόπιστος εξοπλισμός διασποράς, όπως υπερήχων τύπου ανιχνευτή, διαδραματίζουν επίσης κρίσιμο ρόλο στη διασπορά γραφενίου χρησιμοποιώντας υπερηχητική ενέργεια για τη διάσπαση συσσωματωμάτων και τη μείωση του μεγέθους των σωματιδίων γραφενίου, προωθώντας μια πιο ομοιόμορφη και σταθερή διασπορά στο υγρό μέσο.
Μπορεί το οξείδιο του γραφενίου να διαλυθεί στο νερό;
Ναι, το οξείδιο του γραφενίου μπορεί να διαλυθεί στο νερό λόγω των λειτουργικών ομάδων που περιέχουν οξυγόνο, οι οποίες ενισχύουν την υδροφιλικότητα του και του επιτρέπουν να σχηματίζει σταθερές υδατικές διασπορές.
Ποιος είναι ο καλύτερος διαλύτης για τη διασπορά γραφενίου;
Ο καλύτερος διαλύτης για τη διασπορά γραφενίου είναι η Ν-μεθυλο-2-πυρρολιδόνη (NMP) λόγω της υψηλής πολικότητας και της ικανότητάς της να σταθεροποιεί φύλλα γραφενίου, με αποτέλεσμα ομοιόμορφη και σταθερή διασπορά.
Γιατί το γραφένιο είναι αδιάλυτο στο νερό;
Το γραφένιο είναι αδιάλυτο στο νερό επειδή στερείται λειτουργικών ομάδων που μπορούν να αλληλεπιδράσουν με μόρια νερού, καθιστώντας το υδρόφοβο και επιρρεπές σε συσσωμάτωση λόγω ισχυρών δυνάμεων van der Waals μεταξύ φύλλων γραφενίου.
Γιατί χρησιμοποιείται το γραφένιο στα σύνθετα υλικά;
Το γραφένιο είναι με πάχος ενός ατόμου το λεπτότερο, με βάρος περίπου 0,77 mg ανά 1m2 το ελαφρύτερο, και με ακαμψία εφελκυσμού 150.000.000 psi (100-300 φορές ισχυρότερο από το χάλυβα) και αντοχή εφελκυσμού 130.000.000.000 Pascals το ισχυρότερο γνωστό υλικό.
Επιπλέον, το γραφένιο είναι ο καλύτερος θερμικός αγωγός (σε θερμοκρασία δωματίου με (4,84±0,44) × 103 έως (5.30±0.48) × 103 W·m-11· K-1) και ο καλύτερος ηλεκτρικός αγωγός (κινητικότητα ηλεκτρονίων υψηλότερη από 15.000 cm2· V-1·s-1).
Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό του γραφενίου είναι η οπτική του ιδιότητα με απορρόφηση φωτός στο πα≈2,3% του λευκού φωτός και η διαφανής εμφάνισή του.
Με την ενσωμάτωση γραφενίου σε μήτρες, αυτά τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά υλικού μπορούν να μεταφερθούν στο σύνθετο υλικό που προκύπτει, το οποίο προσφέρει μοναδικές λειτουργίες. Τέτοια σύνθετα υλικά ενισχυμένα με γραφένιο προσφέρουν νέες δυνατότητες για ανάπτυξη υλικών και βιομηχανικές εφαρμογές. Λόγω των χαρακτηριστικών του, το γραφένιο και τα σύνθετα υλικά γραφενίου είναι ήδη ευρέως διαδεδομένα στην κατασκευή μπαταριών υψηλής απόδοσης, υπερπυκνωτών, αγώγιμων μελανιών, επιστρώσεων, φωτοβολταϊκών συστημάτων και ηλεκτρονικών συσκευών
Οι υπερήχων Hielscher παρέχουν τις απαιτούμενες υψηλές δυνάμεις διάτμησης για να ξεπεράσουν τις δυνάμεις van der Waals προκειμένου να διανείμουν ομοιόμορφα νανοφύλλα γραφενίου σε σύνθετες μήτρες. Υπερήχων διασκορπιστές όπως το UIP2000hdT ή UIP16000 χρησιμοποιούνται για την παραγωγή νανο-σύνθετων υλικών ενισχυμένα με οξείδιο του γραφενίου και γραφενίου.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από εργαστήριο προς βιομηχανικό μέγεθος.