Υπερήχων απολέπιση του υδατοδιασπειρόμενου γραφενίου

• Τα νανοφύλλα γραφενίου μονής και διπλής στιβάδας μπορούν να παραχθούν γρήγορα μέσω υπερηχητικής απολέπισης με υψηλή απόδοση και χαμηλό κόστος.
• Το υπερηχητικά απολεπισμένο γραφένιο μπορεί να λειτουργήσει με βιοπολυμερή προκειμένου να ληφθεί γραφένιο διασπειρόμενο στο νερό.
• Με υπερήχων σπηλαίωση, το συνθετικό γραφένιο μπορεί να υποβληθεί σε περαιτέρω επεξεργασία σε μια σταθερή διασπορά με βάση το νερό.

Υπερήχων απολέπιση γραφενίου υψηλής ποιότητας

Υπερήχους είναι μια αξιόπιστη μέθοδος για την παραγωγή στρωμάτων γραφενίου (γραφένιο μονο-, δύο και λίγων στρωμάτων) από νιφάδες γραφίτη ή σωματίδια. Ενώ άλλες κοινές τεχνικές απολέπισης, όπως μύλοι σφαιρών και κυλίνδρων ή μίξερ υψηλής διάτμησης συνδέονται με χαμηλή ποιότητα και τη χρήση επιθετικών αντιδραστηρίων και διαλυτών, η μέθοδος απολέπισης υπερήχων πείθει από την υψηλή ποιότητα παραγωγής, την υψηλή ικανότητα επεξεργασίας και τις ήπιες συνθήκες επεξεργασίας.
Υπερήχων σπηλαίωση δημιουργεί έντονες δυνάμεις διάτμησης, οι οποίες διαχωρίζουν τα στοιβαγμένα στρώματα γραφίτη σε μονο-, bi- και λίγα-στρώματα γραφενίου χωρίς ελαττώματα.

Υδατοδιαλυτά φύλλα γραφενίου μέσω υπερήχων

Υπερήχους είναι μια αποτελεσματική διαδικασία με επαναλαμβανόμενα αποτελέσματα για να ξεμπερδέψετε carbonnanotubes σε νερό ή οργανικούς διαλύτες. [/λεζάντα] Υπό κανονικές συνθήκες, το γραφένιο δύσκολα διασπείρεται στο νερό και σχηματίζει συσσωματώματα όταν διασκορπίζεται σε υδατικό μέσο. Δεδομένου ότι τα υδατικά συστήματα έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα ως φθηνά, τα μη τοξικά, φιλικά προς το περιβάλλον, συστήματα γραφενίου με βάση το νερό είναι ιδιαίτερα ελκυστικά για τους κατασκευαστές γραφενίου και την κατάντη βιομηχανία.
Προκειμένου να ληφθούν νανοφύλλα γραφενίου διασπειρόμενα στο νερό, το υπερηχητικά απολεπισμένο γραφένιο τροποποιείται με πολυσακχαρίτες / βιοπολυμερή όπως πουλουλάνη, χιτοζάνη, αλγινικό, ζελατίνη ή αραβικό κόμμι.

Πρωτόκολλο Άμεσης Απολέπισης Γραφίτη με Υπερήχους

Η μη ιονική πουλουλάνη και το ανιονικό αλγινικό άλας (1,0 g) διαλύθηκαν χωριστά σε 20 ml απεσταγμένου νερού, ενώ η κατιονική χιτοζάνη (0,4 g) διαλύθηκε σε 20 ml απεσταγμένου νερού με 1 wt% οξικό οξύ. Η σκόνη γραφίτη διασκορπίστηκε στα υδατικά διαλύματα βιοπολυμερούς και υποβλήθηκε σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό τύπο καθετήρα UP200S (μέγιστη ισχύς 200 W, συχνότητα 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Γερμανία) εξοπλισμένο με sonotrode τιτανίου (micro tip S3, διάμετρος άκρου 3 mm, μέγιστο πλάτος 210μm, πυκνότητα ακουστικής ισχύος ή ένταση επιφάνειας 460 W cm-2) υπό τις ακόλουθες συνθήκες: κύκλος 0,5 και πλάτος 50%, για περίοδο 10, 20, 30 και 60 λεπτών, αντίστοιχα. Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτεύχθηκαν σε 30 λεπτά υπερήχηση. Κατεργασία με υπερήχους εφαρμόστηκε στην ισχύ των 16.25 W για 30 λεπτά, με κατανάλωση ενέργειας (παραγωγή ενέργειας ανά μονάδα όγκου) 731 Ws ml-1.
Στη συνέχεια, τα μείγματα φυγοκεντρήθηκαν στις 1500 σ.α.λ. για 60 λεπτά για να απομακρυνθούν τα σωματίδια γραφίτη χωρίς απολέπιση και στη συνέχεια πλύθηκαν 5 φορές και πάλι φυγοκεντρήθηκαν στις 5000 σ.α.λ. για 20 λεπτά για να απομακρυνθούν τα πλεονάζοντα βιοπολυμερή. Τα προκύπτοντα σκούρα γκρι διαλύματα ξηράνθηκαν υπό κενό στους 40ºC μέχρι να μην υπάρξει απώλεια μάζας. Οι προκύπτουσες σκόνες πολυμερούς-γραφενίου επαναδιασπειρώθηκαν σε νερό (1 mg ml-1 για πουλουλάνη και χιτοζάνη, 0,18 mg ml-1 για αλγινικό) για χαρακτηρισμό. Φύλλα γραφενίου που λαμβάνονται με pullulan-, αλγινικό-, και χιτοζάνη-υποβοηθούμενη υπερήχους υποδείχθηκαν ως pull-G, alg-G, και chit-G, αντίστοιχα.
Από τα τρία συστήματα, η πουλουλάνη και η χιτοζάνη ήταν πιο αποτελεσματικές στην απολέπιση του γραφίτη από το αλγινικό. Αυτή η μέθοδος έδωσε απολεπισμένα φύλλα γραφενίου μονής, διπλής και μικρής στρώσης με μόνο χαμηλά πλευρικά ελαττώματα (ακμές). Η προσρόφηση βιοπολυμερών στην επιφάνεια γραφενίου παρέχει μακροχρόνια σταθερότητα (περισσότερο από 6 μήνες) της υδατικής διασποράς.
(πρβλ. Unalan et al. 2015)

Μια ακολουθία υψηλής ταχύτητας (από το a έως το f) πλαισίων που απεικονίζουν τη sono-μηχανική απολέπιση μιας νιφάδας γραφίτη στο νερό χρησιμοποιώντας το UP200S, ένα υπερηχητικό 200W με sonotrode 3 mm. Τα βέλη δείχνουν τον τόπο διάσπασης (απολέπιση) με φυσαλίδες σπηλαίωσης που διεισδύουν στη διάσπαση.
(μελέτη και φωτογραφίες: © Tyurnina et al. 2020

Υπερήχων για απολέπιση γραφενίου

Hielscher υψηλής ισχύος υπερήχων επεξεργαστές χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για την επιτυχή απολέπιση και διασπορά του γραφίτη και γραφενίου. Οι υπερηχητικοί διασκορπιστές μας είναι διαθέσιμοι από το εργαστήριο και τον πάγκο-κορυφή μέχρι τις πλήρεις βιομηχανικές μονάδες παραγωγής. Εκτός από την ευρωστία, 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία και χαμηλή συντήρηση, Hielscher υπερήχων πείθει από την υψηλή ευκολία επεξεργασίας και γραμμική επεκτασιμότητα.
Οι διαδικασίες μπορούν εύκολα να δοκιμαστούν και να βελτιστοποιηθούν στο εργαστήριο. Στη συνέχεια, όλα τα αποτελέσματα της διαδικασίας μπορούν να κλιμακωθούν εντελώς γραμμικά σε εμπορικό επίπεδο παραγωγής. Αυτό καθιστά κατεργασία με υπερήχους μια αποτελεσματική και αποδοτική μέθοδο παραγωγής για τον μεγάλο όγκο φύλλων γραφενίου υψηλής ποιότητας.
Hielscher Υπέρηχοι βιομηχανική υπερήχων επεξεργαστές μπορεί να παραδώσει πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Οι αντίστοιχοι αντιδραστήρες υπερήχων εξασφαλίζουν την ικανότητα αξιόπιστης και ασφαλούς μαζικής παραγωγής νανοφύλλων γραφενίου υψηλής ποιότητας καθώς και σταθερών διασπορών νανοφύλλων.

Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: