• Para incorporar grafeno a los materiales compuestos, el grafeno debe dispersarse/exfoliarse como nanoláminas individuales de manera uniforme en la formulación. Cuanto mayor sea el grado de desaglomeración, mejor se aprovecharán las extraordinarias propiedades del material.
• La dispersión ultrasónica permite una distribución de partículas y una estabilidad de dispersión superiores – incluso cuando se formulan a altas concentraciones y viscosidades.
• El procesamiento ultrasónico del grafeno proporciona unas cualidades de dispersión extraordinarias y supera con creces a los métodos de mezcla convencionales.

Dispersión ultrasónica del grafeno

Para dotar a los materiales compuestos de las extraordinarias características del grafeno, como su resistencia, el grafeno debe dispersarse en una matriz o aplicarse como recubrimiento de película fina sobre un sustrato. La aglomeración, la sedimentación y la dispersión en una matriz (o la distribución de las partículas en el sustrato, respectivamente) son factores importantes que influyen en las propiedades del material resultante.
Debido a su naturaleza hidrófoba, la preparación de una dispersión estable y altamente concentrada de grafeno sin tensioactivos ni dispersantes es una tarea difícil. Para superar las fuerzas de van der Waals, se necesitan fuertes fuerzas de cizallamiento generadas por Cavitación ultrasónica son el método más sofisticado para preparar dispersiones estables.
Grafeno con una elevada conductividad eléctrica (712 S-m^-1), buena dispersidad y alta concentración pueden prepararse fácilmente utilizando un dispersor ultrasónico, como por ejemplo UIP2000hdT o UIP4000. La sonicación permite preparar una dispersión estable de grafeno a una temperatura de proceso baja de aproximadamente 65°C.

Dado que los parámetros del proceso de sonicación pueden controlarse con precisión, la tecnología de dispersión por ultrasonidos evita dañar las estructuras químicas y cristalinas del grafeno. – dando lugar a copos de grafeno prístinos y sin defectos.
Los potentes sistemas ultrasónicos de Hielscher son capaces de procesar grafeno y grafito en grandes volúmenes, por ejemplo, para la exfoliación en fase líquida y la dispersión de grafeno. El control exacto de los parámetros del proceso permite escalar sin fisuras los procesos ultrasónicos desde el laboratorio hasta la producción comercial.
El grafeno de pocas capas exfoliado por ultrasonidos con aproximadamente 3-4 capas y un tamaño aproximado de 1μm puede (re)dispersarse a concentraciones de al menos 63 mg/mL.

Sistemas de dispersión por ultrasonidos

Hielscher Ultrasonics ofrece sistemas de ultrasonidos de alta potencia para la exfoliación y dispersión de grafeno y grafito en monocapa, bicapa y multicapa. Los fiables procesadores ultrasónicos y los sofisticados reactores proporcionan la potencia y las condiciones de proceso necesarias, así como un control preciso, para que los resultados del proceso ultrasónico puedan ajustarse exactamente a los objetivos del proceso deseados.
Uno de los parámetros más importantes del proceso es la amplitud ultrasónica (el desplazamiento vibratorio en el cuerno ultrasónico). Hielscher sistemas ultrasónicos industriales están diseñados para ofrecer amplitudes muy elevadas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, Hielscher ofrece sondas ultrasónicas personalizadas. Todos nuestros procesadores ultrasónicos pueden ajustarse exactamente a las condiciones de proceso requeridas y supervisarse fácilmente mediante el software incorporado. Esto garantiza la máxima fiabilidad, una calidad constante y resultados reproducibles. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en condiciones de trabajo duras y en entornos exigentes. Esto convierte a la sonicación en la tecnología de producción preferida para la preparación a gran escala de nanoplacas de grafeno de una o varias capas.
Al ofrecer una amplia gama de ultrasonidos y accesorios (como sonotrodos y reactores de distintos tamaños y geometrías), se pueden elegir las condiciones y factores de reacción más adecuados (por ejemplo, reactivos, aporte de energía ultrasónica por volumen, presión, temperatura, caudal, etc.) para obtener la máxima calidad. Dado que nuestros reactores ultrasónicos pueden presurizarse hasta varios cientos de barg, la sonicación de pastas altamente viscosas con hasta 250.000 centipoise no supone ningún problema para los sistemas ultrasónicos de Hielscher.
Debido a estos factores, la delaminación / exfoliación y dispersión por ultrasonidos supera a las técnicas convencionales de esmerilado y fresado.