Tecnología de ultrasonido de Hielscher

La dispersión de ultrasonidos grafeno

  • Para incorporar grafeno en materiales compuestos, el grafeno debe dispersarse / exfoliado como individuales nano-hojas de manera uniforme en la formulación. Cuanto mayor sea el grado de desaglomeración, mejores son las propiedades del material extraordinarias son explotados.
  • dispersión ultrasónica permite, por una distribución de partículas superior y estabilidad de la dispersión – incluso cuando se formulan a concentraciones altas y viscosidades.
  • procesamiento ultrasónico de grafeno da calidades de dispersión pendientes y sobresale métodos de mezclado convencionales, de lejos.

La dispersión de ultrasonidos grafeno

Con el fin de prestar composites las características del material en circulación de grafeno tales como la resistencia, el grafeno debe ser dispersado en una matriz o se aplica como un revestimiento de película delgada sobre un sustrato. La aglomeración, sedimentación, y la dispersión en una matriz (o distribución de partículas sobre el sustrato, respectivamente) son factores importantes que influyen en las propiedades del material resultante.
Debido a su naturaleza hidrófoba, la preparación de una dispersión de grafeno estable y altamente concentrada sin tensioactivos o dispersantes es una tarea difícil. Para superar las fuerzas de van der Waals, fuertes fuerzas de cizallamiento generadas por cavitación ultrasónica son el método más sofisticado para preparar dispersiones estables.
El grafeno con una alta conductividad eléctrica (712 S · m-1), Buena dispersidad y alta concentración se pueden preparar fácilmente usando un dispersador ultrasónico, tal como UIP2000hdT o UIP4000. La sonicación permite preparar una dispersión grafeno estable a baja temperatura de proceso de aprox. 65 ° C.

nanoláminas óxido de grafeno ultrasónicamente exfoliadas (Oh et al. 2010)

imagen SEM de nanoláminas grafeno ultrasónicamente dispersas

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Puesto que los parámetros del proceso de sonicación pueden controlarse con precisión, tecnología de dispersión ultrasónica evita daños de las estructuras químicas y cristalinas de grafeno – que resulta en, copos de grafeno libres de defectos prístinas.
sistemas ultrasónicos de gran alcance de Hielscher son capaces de procesar grafeno y grafito en grandes volúmenes, por ejemplo para la exfoliación de la fase líquida y la dispersión de grafeno. El control exacto sobre los parámetros de proceso permite la seamless ampliación de ultrasonido de sobremesa a la producción a plena comercial.
Ultrasonidos exfoliada grafeno pocas capas con aprox. 3-4 capas y un aprox. tamaño de 1? M puede ser (re) dispersado a concentraciones de al menos 63 mg / ml.

Ventajas:

  • grafeno de alta calidad
  • exfoliación grafeno con dispersador ultrasónico UP400St

  • alto rendimiento
  • dispersión uniforme
  • alta concentración
  • viscosidades altas
  • proceso rápido
  • Bajo coste
  • de alto rendimiento
  • altamente eficiente
  • Amigable con el medio ambiente
De alta potencia del sistema de dispersión por ultrasonidos (7x UIP1000hdT) para procesar grafeno a escala industrial. (¡Click para agrandar!)

reactor ultrasónico 7 kW para las dispersiones de grafeno

Sistemas de dispersión de ultrasonido

Hielscher Ultrasonidos ofrece sistemas de ultrasonidos de alta potencia para la exfoliación y dispersión de grafeno mayor capas y grafito en mono-, bi- y grafeno pocos capas. procesadores de ultrasonidos fiable y reactores sofisticados entregar la potencia requerida, las condiciones del proceso, así como un control 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 (el desplazamiento vibracional en el cuerno ultrasónico). Hielscher de sistemas ultrasónicos industriales están diseñados para ofrecer amplitudes muy altas. Las amplitudes de hasta 200 μm pueden ejecutarse fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para incluso mayores amplitudes, Hielscher ofrece sondas ultrasónicas personalizadas. Todos nuestros procesadores ultrasónicos pueden ajustarse exactamente a las condiciones de proceso requeridas y monitorearse fácilmente a través del software incorporado. Esto garantiza la más alta confiabilidad, calidad consistente y resultados reproducibles. La robustez del equipo ultrasónico de Hielscher permite un funcionamiento 24/7 en trabajos pesados ​​y en entornos exigentes. Esto hace que la sonicación sea la tecnología de producción preferida para la preparación a gran escala de nanosheets de grafeno de una o varias capas.
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 de bares relativos, la sonicación de pastas de alta viscosidad con hasta 250.000 centipoises no es problema para los sistemas de ultrasonidos de Hielscher.
Debido a estos factores, ultrasónica delaminación / exfoliación y dispersión sobresale las técnicas de molienda y molienda convencionales.

Hielscher Ultrasonics

  • El ultrasonido de alta potencia
  • las fuerzas de corte altas
  • altas presiones aplicable
  • control preciso
  • escalabilidad sin problemas (lineal)
  • lotes y de flujo continuo
  • resultados reproducibles
  • fiabilidad
  • robustez
  • Alta eficiencia energética

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Información interesante

grafeno

El grafeno es una capa de carbono de un átomo de espesor, que se puede describir como una estructura monocapa o 2D del grafeno (grafeno de capa única = SLG). El grafeno tiene una superficie específica extraordinariamente grande y propiedades mecánicas superiores (módulo de Young de 1 TPa y resistencia intrínseca de 130 GPa), ofrece una gran conductividad térmica y electrónica, movilidad del portador de carga, transparencia y es impermeable a los gases. Debido a estas características del material, el grafeno se usa como aditivo de refuerzo para dar a los compuestos su fuerza, conductividad, etc. Para combinar las características del grafeno con otros materiales, el grafeno debe dispersarse en el compuesto o aplicarse como un recubrimiento de película delgada sobre un sustrato.
disolventes comunes, que se utilizan a menudo como fase líquida para dispersar nanoláminas grafeno, incluyen dimetil sulfóxido (DMSO), N, N-dimetilformamida (DMF), N-metil-2-pirrolidona (NMP), tetrametilurea (TMU, tetrahidrofurano (THF) , propileno carbonateacetone (PC), etanol, y formamida.

¿Por Composites grafeno-base?

El grafeno es con un espesor de un átomo de la más delgada, con un peso de aprox. 0,77 mg por 1 m2 el más ligero, y con una rigidez a la tracción de 150 millones psi (100-300 veces más fuerte que el acero) y una resistencia a la tracción de 130,000,000,000 Pascales el material más fuerte conocido. Además, el grafeno es el mejor conductor térmico (a temperatura ambiente con (4,84 ± 0,44) × 103 a (5,30 ± 0,48) × 103 W · m-11 · K-1) Y el mejor conductor (movilidad de electrones eléctrico más alto como 15.000 cm2· V-1· s-1). Otra características importantes de grafeno es su propiedad óptica con una absorción de luz a πα≈2.3% de la luz blanca, y su aspecto transparente.
Mediante la incorporación de grafeno en matrices, esas características del material en circulación se pueden transferir al material compuesto resultante, que ofrece funcionalidades únicas. Tales materiales compuestos reforzados con grafeno ofrecen nuevas posibilidades para el desarrollo de materiales y aplicaciones industriales. Debido a sus características, el grafeno y grafeno-compuestos ya están ampliamente difundidos en la fabricación de baterías de alto rendimiento, supercondensadores, tintas conductoras, revestimientos, sistemas fotovoltaicos y dispositivos
procesadores de ultrasonidos de gran alcance de Hielscher entregan las altas fuerzas de cizallamiento necesarias para superar las fuerzas de van der Waals con el fin de distribuir nanoláminas grafeno uniformemente en matrices compuestas. dispersores de ultrasonidos tales como la UIP2000hdT o UIP16000 se utilizan para producir óxido reforzado con nano-materiales compuestos graphene- y de grafeno.