Απολέπιση γραφενίου με βάση το νερό
Υπερήχων απολέπιση επιτρέπει την παραγωγή γραφενίου λίγων στρώσεων χωρίς τη χρήση σκληρών διαλυτών χρησιμοποιώντας μόνο καθαρό νερό. Η υψηλής ισχύος κατεργασία με υπερήχους delaminates φύλλα γραφενίου μέσα σε μια σύντομη θεραπεία. Η αποφυγή διαλυτών μετατρέπει την απολέπιση γραφενίου σε μια πράσινη, βιώσιμη διαδικασία.
Παραγωγή γραφενίου μέσω απολέπισης υγρής φάσης
Το γραφένιο κατασκευάζεται εμπορικά μέσω της λεγόμενης απολέπισης υγρής φάσης. Η απολέπιση υγρής φάσης του γραφενίου απαιτεί τη χρήση τοξικών, περιβαλλοντικά επιβλαβών και δαπανηρών διαλυτών, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ως χημική προεπεξεργασία ή σε συνδυασμό με τεχνική μηχανικής διασποράς. Για τη μηχανική διασπορά των φύλλων γραφενίου, υπερήχους έχει καθιερωθεί ως εξαιρετικά αξιόπιστη, αποτελεσματική και ασφαλής τεχνική για την παραγωγή φύλλων γραφενίου υψηλής ποιότητας σε μεγάλες ποσότητες σε πλήρως βιομηχανικό επίπεδο. Δεδομένου ότι η χρήση σκληρών διαλυτών συνοδεύεται πάντα από κόστος, μόλυνση, σύνθετη απομάκρυνση και διάθεση, ανησυχίες για την ασφάλεια καθώς και περιβαλλοντικό βάρος, μια μη τοξική και ασφαλέστερη εναλλακτική λύση είναι σημαντικά επωφελής. Η απολέπιση γραφενίου με τη χρήση νερού ως υπερήχου διαλύτη και ισχύος για μηχανική αποκόμωση λίγων φύλλων γραφενίου στρώματος είναι επομένως μια πολλά υποσχόμενη τεχνική για την κατασκευή πράσινου γραφενίου.
Οι κοινοί διαλύτες, οι οποίοι χρησιμοποιούνται συχνά ως υγρή φάση για τη διασπορά νανοφυλλών γραφενίου, περιλαμβάνουν το διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO), το N,N-διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF), το N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), την τετραμεθυλουρία (TMU), την τετραϋδροφουράνη (THF), την προπυλενοακετόνη (PC), τη αιθανόλη και τη μορφή
Ως μια ήδη μακροπρόθεσμη καθιερωμένη τεχνική για απολέπιση γραφενίου σε εμπορική κλίμακα, υπερήχους επιτρέπει την παραγωγή υψηλής ποιότητας γραφένιο υψηλής καθαρότητας με χαμηλό κόστος. Δεδομένου ότι υπερήχων απολέπιση γραφενίου μπορεί να είναι εντελώς γραμμική κλιμακωτή σε οποιοδήποτε όγκο, η απόδοση παραγωγής υψηλής ποιότητας νιφάδες γραφενίου μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί για τη μαζική παραγωγή γραφενίου.
ο UIP2000hdT είναι ένας ισχυρός υπερηχητικός διασκορπιστής 2kW για απολέπιση γραφενίου και διασπορά.
Υπερηχητική απολέπιση γραφενίου στο νερό
Η Tyurnina et al. (2020) διερεύνησε τις επιδράσεις του πλάτους και της έντασης κατεργασίας με υπερήχους σε διαλύματα καθαρού νερού-γραφίτη και την προκύπτουσα απολέπιση γραφενίου. Στη μελέτη, χρησιμοποίησαν ένα Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Υπερήχων απολέπιση χρησιμοποιώντας νερό εφαρμόστηκε ως ενιαία διαδικασία βήμα για λίγες στρώμα αποκόμωση γραφενίου. Μια σύντομη θεραπεία 2h ήταν επαρκής για την παραγωγή γραφενίου μικρής στρώσης σε μια ανοιχτή ρύθμιση κατεργασίας με υπερήχους beaker.
Μια ακολουθία υψηλής ταχύτητας (από το α έως το στ) των πλαισίων που απεικονίζουν τη sono-μηχανική απολέπιση μιας νιφάδας γραφίτη στο νερό χρησιμοποιώντας το UP200s, ένας υπερηχητικός 24 kHz με sonotrode 3 χιλ. Τα βέλη δείχνουν τη θέση του διαχωρισμού (απολέπιση) με φυσαλίδες σπηλαίωσης που διεισδύουν στη διάσπαση.
© Τιουρνίνα κ.ά. 2020 (CC BY-NC-ND 4,0),
Βελτιστοποίηση της υπερηχητικής απολέπισης γραφενίου
Η υπερηχητική ρύθμιση που χρησιμοποιείται από Tyurnina et al. (2020) μπορεί εύκολα να βελτιστοποιηθεί για περισσότερη αποτελεσματικότητα και ταχύτερη απολέπιση με τη χρήση ενός κλειστού αντιδραστήρα υπερήχων σε λειτουργία ροής.. Υπερήχων inline θεραπεία επιτρέπει μια σημαντικά πιο ομοιόμορφη υπερήχων επεξεργασία όλων των πρώτων υλών γραφίτη: τη σίτιση του γραφίτη / διάλυμα νερού απευθείας στον περιορισμένο χώρο της υπερηχητικής σπηλαίωσης, όλος ο γραφίτης γίνεται ομοιόμορφα κατεργασία με υπερήχους με αποτέλεσμα την υψηλή απόδοση υψηλής ποιότητας νιφάδες γραφενίου.
Hielscher Συστήματα Υπερήχων επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο όλων των σημαντικών παραμέτρων επεξεργασίας, όπως πλάτος, χρόνο / κατακράτηση, ενέργεια εισόδου (Ws / mL), πίεση, και τη θερμοκρασία. Ο καθορισμός των βέλτιστων παραμέτρων υπερήχων έχει ως αποτέλεσμα την υψηλότερη απόδοση, την ποιότητα και τη συνολική απόδοση.
Πώς υπερήχων προωθήσει απολέπιση γραφενίου
Όταν τα κύματα υπερήχων υψηλής ισχύος συνδυάζονται σε πολτό σκόνης γραφίτη και νερού ή σε οποιονδήποτε διαλύτη, οι ηχητικές δυνάμεις όπως η υψηλή κλίση, οι έντονες αναταράξεις και οι διαφορές υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας δημιουργούν ενεργειακά έντονες συνθήκες. Αυτές οι ενεργειακά έντονες συνθήκες είναι αποτέλεσμα του φαινομένου της ακουστικής σπηλαίωσης. Διαβάστε περισσότερα σχετικά με υπερήχων σπηλαίωση εδώ!
Ο υπέρηχος ισχύος ξεκινά την επέκταση της σκόνης γραφίτη, καθώς τα υγρά πιέζονται μεταξύ των στρωμάτων γραφενίου, από τα οποία αποτελείται γραφίτης. Οι υπερηχητικές δυνάμεις διάτμησης απολαμποιούν τα μεμονωμένα φύλλα γραφενίου και τα διασκορπίζουν ως νιφάδες γραφενίου στο διάλυμα. Για να επιτευχθεί μακροπρόθεσμη σταθερότητα του γραφενίου στο νερό, απαιτείται επιφανειοδραστική ουσίες.
Mechnism της υπερηχητικής υγρής απολέπισης φάσης απολέπισης γραφενίου.
Μελέτη και εικόνα από την Tyurnina et al., 2021.
Υπερήχους υψηλής απόδοσης για απολέπιση γραφενίου
Τα έξυπνα χαρακτηριστικά των υπερήχων Hielscher έχουν σχεδιαστεί για να εγγυώνται αξιόπιστη λειτουργία, αναπαραγώγιμα αποτελέσματα και φιλικότητα προς το χρήστη. Οι λειτουργικές ρυθμίσεις είναι εύκολα προσβάσιμες και καλούνται μέσω διαισθητικού μενού, το οποίο είναι προσβάσιμο μέσω ψηφιακής έγχρωμης οθόνης αφής και τηλεχειριστηρίου προγράμματος περιήγησης. Ως εκ τούτου, όλες οι συνθήκες επεξεργασίας, όπως η καθαρή ενέργεια, η συνολική ενέργεια, το πλάτος, ο χρόνος, η πίεση και η θερμοκρασία καταγράφονται αυτόματα σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να αναθεωρήσετε και να συγκρίνετε προηγούμενες εκτελέσεις κατεργασίας με υπερήχους και να βελτιστοποιήσετε τη διαδικασία απολέπισης γραφενίου με την υψηλότερη απόδοση.
Hielscher συστήματα υπερήχων χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο για την κατασκευή υψηλής ποιότητας φύλλα γραφενίου και οξείδια γραφενίου. Hielscher βιομηχανικοί υπερήχοι μπορούν εύκολα να τρέξουν υψηλά πλάτη σε συνεχή λειτουργία (24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα / 365). Τα πλάτη μέχρι 200μm μπορούν εύκολα να παραχθούν συνεχώς με τα τυποποιημένα sonotrodes (υπερηχητικοί έλεγχοι/κέρατα και Οι κακατροδίδεςTm). Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένες υπερηχητικές sonotrodes. Λόγω της ευρωστίας και της χαμηλής συντήρησής τους, τα υπερηχητικά συστήματα απολέπισης εγκαθίστανται συνήθως για εφαρμογές βαρέως τύπου και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Hielscher υπερήχων επεξεργαστές για απολέπιση γραφενίου είναι ήδη εγκατεστημένα σε παγκόσμια κλίμακα. Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να συζητήσουμε τη διαδικασία κατασκευής γραφενίου σας! Το έμπειρο προσωπικό μας θα χαρεί να μοιραστεί περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία απολέπισης, τα συστήματα υπερήχων και την τιμολόγηση!
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Μαζική Όγκος | Ρυθμός ροής | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200 ml / λεπτό | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 έως 20 λίτρα | 0.2 έως 4 λίτρα / λεπτό | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10 λίτρα / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100 λίτρα / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερος | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Hielscher Υπερήχων κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασποράς, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Λογοτεχνία / Αναφορές
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζουμε
Το γραφένιο
Το γραφένιο είναι μια μονοστοιβάδα sp2δεσμευμένης άτομα άνθρακα. Γραφένιο προσφέρει μοναδικά χαρακτηριστικά υλικού όπως μία έκτακτη μεγάλη ειδική επιφάνεια (2620 m2σολ-1), Ανώτερες μηχανικές ιδιότητες με συντελεστή Young του 1 tPA και μία εγγενή αντοχή των 130 GPa, ένα εξαιρετικά υψηλό ηλεκτρονική αγωγιμότητα (κινητικότητα ηλεκτρονίων σε θερμοκρασία δωματίου 2,5 × 105 εκατοστά2 V-1μικρό-1), Πολύ υψηλή θερμική αγωγιμότητα (άνω των 3000 W m K-1), Για να αναφέρουμε τις πιο σημαντικές ιδιότητες. Λόγω ανώτερες ιδιότητες υλικού του, γραφενίου είναι σε μεγάλο βαθμό χρησιμοποιούνται στην ανάπτυξη και την παραγωγή των υψηλών ηλεκτρικών στηλών απόδοσης, κύτταρα καυσίμου, φωτοβολταϊκά στοιχεία, υπερπυκνωτή, αποθήκες υδρογόνο, ηλεκτρομαγνητικές ασπίδες και ηλεκτρονικών συσκευών. Επιπλέον, graphene ενσωματώνεται σε πολλές νανοσύνθετων και σύνθετων υλικών ως ενισχυτικό πρόσθετο, π.χ. σε πολυμερή, κεραμικά και μεταλλικά μήτρες. Λόγω της υψηλής αγωγιμότητας της, γραφενίου είναι ένα σημαντικό συστατικό των αγώγιμα χρώματα και μελάνια.
Η ταχεία και ασφαλή υπερήχων παρασκευή άνευ ελαττωμάτων γραφενίου σε μεγάλες ποσότητες σε χαμηλό κόστος επιτρέπει τη διεύρυνση των εφαρμογών του γραφενίου σε όλο και περισσότερες βιομηχανίες.
Το Graphene είναι ένα στρώμα άνθρακα με ένα άτομο, το οποίο μπορεί να περιγραφεί ως μονοστοιβάδα ή 2D δομή του graphene (μονής στρώσης graphene = SLG). Το Graphene έχει εξαιρετικά μεγάλη ειδική επιφάνεια και ανώτερες μηχανικές ιδιότητες (συντελεστής Young 1 TPa και εγγενής ισχύς 130 GPa), προσφέρει μεγάλη ηλεκτρονική και θερμική αγωγιμότητα, κινητικότητα φορέα φορτίου, διαφάνεια και είναι αδιαπέραστη στα αέρια. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών του υλικού, το graphene χρησιμοποιείται ως ενισχυτικό πρόσθετο για να δώσει στα σύνθετα την αντοχή, την αγωγιμότητα κ.λπ. Για να συνδυάσει τα χαρακτηριστικά του graphene με άλλα υλικά, το graphene πρέπει να διασκορπιστεί στην ένωση ή να εφαρμοστεί ως λεπτή μεμβράνη σε ένα υπόστρωμα.
Υπερήχων υψηλής απόδοσης! Σειρά προϊόντων Hielscher καλύπτει το πλήρες φάσμα από το συμπαγές εργαστήριο ultrasonicator πάνω από πάγκο-top μονάδες σε πλήρη βιομηχανική υπερήχων συστήματα.