Απολέπιση γραφενίου με βάση το νερό
Η υπερηχητική απολέπιση επιτρέπει την παραγωγή γραφενίου λίγων στρωμάτων χωρίς τη χρήση σκληρών διαλυτών χρησιμοποιώντας μόνο καθαρό νερό. Υπερήχηση υψηλής ισχύος delaminates φύλλα γραφενίου μέσα σε μια σύντομη επεξεργασία. 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 γραφενίου απαιτεί τη χρήση τοξικών, επιβλαβών για το περιβάλλον και δαπανηρών διαλυτών, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ως χημική προεπεξεργασία ή σε συνδυασμό με/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, πολύπλοκη απομάκρυνση και διάθεση, ανησυχίες για την ασφάλεια καθώς και περιβαλλοντική επιβάρυνση, μια μη τοξική και ασφαλέστερη εναλλακτική λύση είναι σημαντικά επωφελής. Η απολέπιση γραφενίου χρησιμοποιώντας νερό ως διαλύτη και υπερηχογράφημα ισχύος για μηχανική αποκόλληση φύλλων γραφενίου μικρής στρώσης είναι επομένως μια πολλά υποσχόμενη τεχνική για την κατασκευή πράσινου γραφενίου.
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), ανθρακική προπυλενοακετόνη (PC), αιθανόλη και φορμαμίδιο.
Ως μια ήδη μακροχρόνια καθιερωμένη τεχνική για την απολέπιση γραφενίου σε εμπορική κλίμακα, υπερήχους επιτρέπει την παραγωγή υψηλής ποιότητας γραφενίου υψηλής καθαρότητας με χαμηλό κόστος. Καθώς η υπερηχητική απολέπιση γραφενίου μπορεί να είναι εντελώς γραμμική κλιμάκωση σε οποιονδήποτε όγκο, η απόδοση παραγωγής νιφάδων γραφενίου υψηλής ποιότητας μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί για μαζική παραγωγή γραφενίου.
Το UIP2000hdT είναι ένας ισχυρός υπερηχητικός διασκορπιστής 2kW για απολέπιση και διασπορά γραφενίου.
Υπερήχων απολέπιση γραφενίου στο νερό
Οι Tyurnina et al. (2020) διερεύνησαν τις επιδράσεις του πλάτους και της έντασης υπερήχων σε διαλύματα καθαρού νερού-γραφίτη και την προκύπτουσα απολέπιση γραφενίου. Στη μελέτη, χρησιμοποίησαν ένα Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Υπερήχων απολέπιση χρησιμοποιώντας νερό εφαρμόστηκε ως μια διαδικασία ενός βήματος για λίγα στρώματα γραφενίου αποκόλληση. Μια σύντομη επεξεργασία 2 ωρών ήταν αρκετή για την παραγωγή γραφενίου λίγων στρωμάτων σε μια ανοιχτή διάταξη υπερήχων ποτηριού.
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, έναν υπερηχητικό 24 kHz με sonotrode 3 mm. Τα βέλη δείχνουν τον τόπο διάσπασης (απολέπιση) με φυσαλίδες σπηλαίωσης που διεισδύουν στη διάσπαση.
© Tyurnina κ.ά., 2020
Βελτιστοποίηση της απολέπισης με υπερήχους γραφενίου
Η ρύθμιση υπερήχων που χρησιμοποιείται από τους Tyurnina et al. (2020) μπορεί εύκολα να βελτιστοποιηθεί για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα και ταχύτερη απολέπιση χρησιμοποιώντας έναν κλειστό υπερηχητικό αντιδραστήρα σε λειτουργία ροής. Υπερήχων inline θεραπεία επιτρέπει μια σημαντικά πιο ομοιόμορφη υπερήχων επεξεργασία όλων των πρώτων υλών γραφίτη: τροφοδοτώντας το διάλυμα γραφίτη / νερού απευθείας στον περιορισμένο χώρο της υπερηχητικής σπηλαίωσης, όλος ο γραφίτης γίνεται ομοιόμορφα υπερήχων με αποτέλεσμα την υψηλή απόδοση νιφάδων γραφενίου υψηλής ποιότητας.
Hielscher Υπέρηχοι συστήματα επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο όλων των σημαντικών παραμέτρων επεξεργασίας, όπως πλάτος, χρόνος / κατακράτηση, εισροή ενέργειας (Ws / mL), πίεση, και τη θερμοκρασία. Ο καθορισμός των βέλτιστων παραμέτρων υπερήχων έχει ως αποτέλεσμα την υψηλότερη απόδοση, ποιότητα και συνολική απόδοση.
Πώς υπερήχους προωθεί την απολέπιση γραφενίου
Όταν τα κύματα υπερήχων υψηλής ισχύος συνδυάζονται σε πολτό σκόνης γραφίτη και νερού ή οποιουδήποτε διαλύτη, οι ηχομηχανικές δυνάμεις όπως η υψηλή διάτμηση, οι έντονες αναταράξεις και οι διαφορές υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας δημιουργούν ενεργοβόρες συνθήκες. Αυτές οι ενεργοβόρες συνθήκες είναι αποτέλεσμα του φαινομένου της ακουστικής σπηλαίωσης.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική σπηλαίωση εδώ!
Ο υπερηχογράφος ισχύος ξεκινά την επέκταση της σκόνης γραφίτη, καθώς τα υγρά πιέζονται μεταξύ των στρωμάτων γραφενίου, από τα οποία αποτελείται ο γραφίτης. Οι υπερηχητικές δυνάμεις διάτμησης αποκολλούν τα μεμονωμένα φύλλα γραφενίου και τα διασκορπίζουν ως νιφάδες γραφενίου στο διάλυμα. Για να επιτευχθεί μακροπρόθεσμη σταθερότητα του γραφενίου στο νερό, απαιτείται επιφανειοδραστική ουσία.
Mechnism της υπερήχων υγρής φάσης απολέπιση της απολέπισης γραφενίου.
Μελέτη και εικόνα από τους Tyurnina et al., 2021.
Υπερήχων 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 ρυθμίσεις λειτουργίας είναι εύκολα προσβάσιμες και καλούνται μέσω διαισθητικού μενού, στο οποίο μπορείτε να έχετε πρόσβαση μέσω ψηφιακής έγχρωμης οθόνης αφής και τηλεχειριστηρίου προγράμματος περιήγησης. Επομένως, 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 υπερήχων και να βελτιστοποιήσετε τη διαδικασία απολέπισης γραφενίου με την υψηλότερη απόδοση.
Hielscher συστήματα υπερήχων χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για την κατασκευή υψηλής ποιότητας φύλλα γραφενίου και οξείδια γραφενίου. Hielscher βιομηχανική υπερήχων μπορεί εύκολα να τρέξει μεγάλα πλάτη σε συνεχή λειτουργία (24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα / 365). Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να δημιουργηθούν συνεχώς με τυποποιημένα sonotrodes (υπερηχητικοί ανιχνευτές / κέρατα και cascatrodesΥΔ). Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Λόγω της ευρωστίας και της χαμηλής συντήρησής τους, τα συστήματα απολέπισης υπερήχων εγκαθίστανται συνήθως για εφαρμογές βαρέως τύπου και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Hielscher υπερήχων επεξεργαστές για την απολέπιση γραφενίου είναι ήδη εγκατεστημένα σε όλο τον κόσμο σε εμπορική κλίμακα. Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να συζητήσουμε τη διαδικασία κατασκευής γραφενίου! Το έμπειρο προσωπικό μας θα χαρεί να μοιραστεί περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη διαδικασία απολέπισης, τα συστήματα υπερήχων και την τιμολόγηση!
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
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές για την ανάμειξη εφαρμογών, διασπορά, γαλακτωματοποίηση και εκχύλιση σε εργαστήριο, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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 γνωρίζετε
Τι είναι το γραφένιο;
Το γραφένιο είναι μια μονοστιβάδα sp2-συνδεδεμένα άτομα άνθρακα. Το γραφένιο προσφέρει μοναδικά χαρακτηριστικά υλικού, όπως μια εξαιρετικά μεγάλη ειδική επιφάνεια (2620 m2g-1), ανώτερες μηχανικές ιδιότητες με συντελεστή Young 1 TPa και εγγενή αντοχή 130 GPa, εξαιρετικά υψηλή ηλεκτρονική αγωγιμότητα (κινητικότητα ηλεκτρονίων θερμοκρασίας δωματίου 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), πολύ υψηλή θερμική αγωγιμότητα (άνω των 3000 W m K-1), για να ονομάσετε τις πιο σημαντικές ιδιότητες. Λόγω των ανώτερων ιδιοτήτων των υλικών του, το γραφένιο χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη και παραγωγή μπαταριών υψηλής απόδοσης, κυψελών καυσίμου, ηλιακών κυψελών, υπερπυκνωτών, αποθηκών υδρογόνου, ηλεκτρομαγνητικών ασπίδων και ηλεκτρονικών συσκευών. Επιπλέον, το γραφένιο ενσωματώνεται σε πολλά νανοσύνθετα και σύνθετα υλικά ως ενισχυτικό πρόσθετο, π.χ. σε πολυμερή, κεραμικά και μεταλλικές μήτρες. Λόγω της υψηλής αγωγιμότητάς του, το γραφένιο αποτελεί σημαντικό συστατικό αγώγιμων χρωμάτων και μελανιών.
Η ταχεία και ασφαλής υπερηχητική παρασκευή γραφενίου χωρίς ελαττώματα σε μεγάλους όγκους με χαμηλό κόστος επιτρέπει τη διεύρυνση των εφαρμογών του γραφενίου σε όλο και περισσότερες βιομηχανίες.
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.
Υπερήχων υψηλής απόδοσης! Η γκάμα προϊόντων της Hielscher καλύπτει το πλήρες φάσμα από το συμπαγές εργαστήριο υπερήχων πάνω από μονάδες πάγκου σε πλήρη βιομηχανικά συστήματα υπερήχων.