Óxido de grafeno – Exfoliación y dispersión por ultrasonidos
- óxido de grafeno es, anfifílico, no tóxico, biodegradable soluble en agua y se puede dispersar fácilmente en coloides estables.
- Ultrasonidos es un método muy eficiente, rápido y rentable para sintetizar, dispersar y funcionalizar óxido de grafeno a escala industrial.
- En el procesamiento aguas abajo, dispersores de ultrasonidos producen materiales compuestos de grafeno óxido de polímeros de alto rendimiento.
La exfoliación ultrasónica óxido de grafeno
Con el fin de controlar el tamaño de óxido de grafeno nanoláminas (GO), el método de exfoliación juega un factor clave. Debido a sus parámetros de proceso precisamente controlables, exfoliación ultrasónica es la técnica de deslaminación más ampliamente utilizado para la producción de grafeno de alta calidad y óxido de grafeno.
Para la exfoliación ultrasónica de óxido de grafeno a partir de óxido de grafito, existen varios protocolos disponibles. Encuentre una descripción ejemplar a continuación:
El polvo de óxido de grafito se mezcla en KOH acuoso con un valor de pH 10. Para la exfoliación y posterior dispersión, el tipo de sonda ultrasonicador UP200St (200W) es usado. Después, los iones K + se unen al plano basal del grafeno para inducir un proceso de envejecimiento. El envejecimiento se logra bajo evaporación rotatoria (2 h). Con el fin de eliminar los iones K + excesivos, el polvo se lava y se centrifuga varias veces.
La mezcla obtenida se centrifuga y liofiliza, de manera que precipita un polvo de óxido de grafeno dispersable.
Preparación de una pasta conductora GO: El polvo de óxido de grafeno se puede dispersar en dimetilformamida (DMF), bajo sonicación con el fin de producir una pasta conductora. (Han et al.2014)
Sistema ultrasónico para la exfoliación de óxido de grafeno
Óxido de grafeno – La exfoliación (Fig .: Potts et al. 2011)
Dispersión ultrasónica de grafeno óxido
Ultrasonic Funcionalización de grafeno óxido
La sonicación se utiliza con éxito para incorporar óxido de grafeno (GO) en polímeros y materiales compuestos.
Ejemplos:
- grafeno óxido-TiO2 compuesto de microesferas
- poliestireno-magnetita-grafeno compuesto óxido (estructurado core-shell)
- poliestireno reducida materiales compuestos de óxido de grafeno
- poliestireno / óxido de grafeno recubierto de nanofibras de polianilina (PANI-PS / GO) de material compuesto de núcleo y corteza
- óxido de grafeno poliestireno-intercalado
- p-fenilendiamina-4vinylbenzen-poliestireno óxido de grafeno modificado
Sistemas de ultrasonido para grafeno y grafeno óxido
Hielscher Ultrasonidos ofrece sistemas de ultrasonidos de alta potencia para la exfoliación, la dispersión y el procesamiento aguas abajo de grafeno y óxido de grafeno. procesadores de ultrasonidos fiable y reactores sofisticados entregar la potencia requerida, condiciones de proceso como wel de control tan preciso, de modo que los resultados del proceso de ultrasonidos se pueden sintonizar exactamente a las metas deseadas del proceso.
Uno de los parámetros de proceso más importantes es la amplitud de ultrasonidos, que es la expansión y contracción de vibración en la sonda de ultrasonidos. Hielscher de sistemas ultrasónicos industriales se construyen para entregar amplitudes muy altas. Amplitudes de hasta 200μm pueden ser fácilmente continuamente se ejecutan en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún más altos, Hielscher ofrece sondas ultrasónicas personalizadas. Todos nuestros procesadores ultrasónicos pueden ajustarse exactamente a las condiciones de proceso requeridas y fácilmente controlados mediante el software incorporado. Esto asegura la máxima fiabilidad, calidad consistente y resultados reproducibles. La robustez de equipos de ultrasonidos de Hielscher permite 24/7 operación en servicio pesado y en entornos exigentes. Esto hace que la sonicación la tecnología de producción preferido para el preparación a gran escala de grafeno, óxido de grafeno y materiales de grafito.
Ofreciendo una amplia gama de productos de ultrasonicators y accesorios (tales como sonotrodos y reactores con diferentes tamaños y geometrías), las condiciones de reacción más adecuadas y los factores (por ejemplo, reactivos, entrada de energía ultrasónica por unidad de volumen, presión, temperatura, velocidad de flujo, etc.) puede ser elegido con el fin de obtener la más alta calidad. Desde nuestros reactores de ultrasonidos pueden ser presurizadas hasta varios cientos barg, la sonicación de las pastas de alta viscosidad con a 250.000 centipoises no es problema para los sistemas ultrasónicos Hielschers.
Debido a estos factores, ultrasónica delaminación / exfoliación y dispersión sobresale las técnicas de mezcla y molienda convencionales.
- Alto Voltaje
- las fuerzas de corte altas
- altas presiones aplicable
- control preciso
- escalabilidad sin problemas (lineal)
- lotes y continuo
- resultados reproducibles
- fiabilidad
- robustez
- Alta eficiencia energética
Literatura/Referencias
- Gouvea RA, Konrath Jr LG, Cava S., Carreño NLV, Goncalves MRF (2011): Síntesis de óxido de grafeno nanométrico y sus efectos cuando se agrega en MgAl2O4 cerámico. 10º SPBMat Brasil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Síntesis asistida por ultrasonido de óxido de grafeno reducido en solución de glucosa. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Exfoliación ultrasónica de análogos inorgánicos de grafeno. Cartas de investigación a nanoescala 9 (1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparación de grafeno utilizando un campo de cavitación intensa en un reactor ultrasónico presurizado. Chemistry - A European Journal 18 (44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): La preparación de material compuesto de óxido de grafeno-poliestireno. 3ra Conferencia Internacional sobre Medio Ambiente, Química y Biología IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Nanocompuestos de polímeros a base de grafito. Polymer Vol. 52, Edición 1, 2011. 5–25.
Información interesante
Ultrasonido y cavitación: cómo se exfolia el grafito en óxido de grafeno bajo sonicación
La exfoliación ultrasónica de óxido de grafito (GrO) se basa en la alta fuerza de corte inducida por cavitación acústica. cavitación acústica surge debido a los ciclos de presión alterna de alta presión / baja, que se generan por el acoplamiento de las ondas de ultrasonido de gran alcance en un líquido. Durante la baja presión ciclos occure muy pequeños huecos o burbujas de vacío, que crecen a través de los ciclos de baja presión que se alternan. Cuando el vacío burbujas de conseguir un tamaño de donde no pueden absorber más energía, se colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. Los resultados de la burbuja de implosión en fuerzas de cizallamiento cavitacionales y ondas de tensión, temperatura extrema de hasta 6000K, velocidades de enfriamiento extremas por encima de 1010K / s, muy altas presiones de hasta 2000atm, diferenciales de presión extrema, así como chorros de líquido con hasta 1.000 kmh (~280m / s).
Esas fuerzas intensas afectan a las pilas de grafito, que se deslaminado en óxido de grafeno de una o pocas capas y nanoláminas grafeno prístinas.
Óxido de grafeno
óxido de grafeno (GO) se sintetiza mediante la exfoliación de óxido de grafito (GRO). Mientras que el óxido de grafito es un material 3D que consiste en millones de capas de capas de grafeno con oxígenos intercaladas, óxido de grafeno es un grafeno mono- o pocos-capa que se oxigena en ambos lados.
óxido de grafeno y grafeno difieren entre sí en las siguientes características: óxido de grafeno es polar, mientras que el grafeno es no polar. óxido de grafeno es hidrófilo, mientras que el grafeno es hidrófobo.
Esto significa, óxido de grafeno es, anfifílico, no tóxico, biodegradable y formas suspensiones coloidales estables solubles en agua. La superficie de óxido de grafeno contiene epoxi, hidroxilo y grupos carboxilo, que están disponibles para interactuar con los cationes y aniones. Debido a su estructura híbrido orgánico-inorgánico única y propiedades excepcionales, GO-polímero materiales compuestos ofrecen un alto potencial para aplicaciones industriales múltiples. (Tolasz et al. 2014)
Óxido de grafeno reducido
El óxido de grafeno reducido (rGO) se produce por reducción ultrasónica, química o térmica del óxido de grafeno. Durante la etapa de reducción, la mayoría de las funcionalidades de oxígeno del óxido de grafeno se eliminan de modo que el óxido de grafeno reducido resultante (rGO) tenga características muy similares al grafeno prístino. Sin embargo, el óxido de grafeno reducido (rGO) no está exento de defectos y es prístino como el grafeno puro.