Dispersión ultrasónica de grafeno

Para incorporar grafeno en materiales compuestos, es esencial dispersarlo o exfoliarlo en nanoláminas individuales distribuidas uniformemente por toda la formulación. Cuanto más completa sea la desaglomeración del grafeno, mejor podrán aprovecharse sus extraordinarias propiedades como material. La dispersión ultrasónica ofrece una distribución de partículas y una estabilidad de la dispersión superiores, incluso a altas concentraciones y viscosidades. Este método proporciona una calidad de dispersión excepcional, que supera ampliamente la de las técnicas de mezcla convencionales.

Dispersión ultrasónica de grafeno

Para conferir a los materiales compuestos las extraordinarias características del grafeno, como su resistencia, este debe dispersarse uniformemente en una matriz o aplicarse como recubrimiento de película delgada sobre un sustrato. Entre los factores clave que influyen en las propiedades del material resultante se encuentran la aglomeración, la sedimentación y la dispersión dentro de la matriz o la distribución de partículas sobre el sustrato.
Debido a la naturaleza hidrófoba del grafeno, resulta difícil obtener una dispersión estable y muy concentrada sin tensioactivos ni dispersantes. Para superar las fuerzas de van der Waals se requieren fuerzas de cizallamiento intensas, que pueden generarse eficazmente mediante cavitación ultrasónica. Este método es el más avanzado para preparar dispersiones estables.

 
Con un dispersor ultrasónico, como el sonicador UIP2000hdT de 2 kW, el sonicador UIP4000hdT de 4 kW, el sonicador UIP6000hdT de 6 kW o el sonicador UIP16000hdT de 16 kW, es posible preparar fácilmente grafeno con alta conductividad eléctrica (712 S·m-1), buena dispersidad y alta concentración. La sonicación también permite preparar una dispersión estable de grafeno a una temperatura de proceso baja, de aproximadamente 65 °C.
 
Aquí encontrará más información y detalles técnicos sobre los sonicadores industriales de tipo sonda de Hielscher para la exfoliación y dispersión de grafeno:

• UIP1000hdT (ultrasonidos de potencia de 1000 vatios)
• UIP2000hdT (ultrasonidos de potencia de 2000 vatios)
• UIP4000hdT (ultrasonidos de potencia de 4000 vatios)
• UIP6000hdT (ultrasonidos de potencia de 6000 vatios)
• UIP16000hdT (ultrasonidos de potencia de 16.000 vatios)

 
Todos los sonicadores de Hielscher permiten controlar con precisión todos los parámetros importantes del proceso. La tecnología de dispersión ultrasónica evita daños en las estructuras química y cristalina del grafeno – lo que da lugar a escamas de grafeno prístino, sin defectos.
Los potentes ultrasonicadores de Hielscher pueden procesar grandes volúmenes de grafeno y grafito, por ejemplo, para la exfoliación en fase líquida y la dispersión de grafeno. El control preciso de los parámetros del proceso permite escalar sin dificultades los procesos ultrasónicos desde equipos de sobremesa hasta la producción comercial a plena escala.
El grafeno de pocas capas exfoliado mediante ultrasonidos, con aproximadamente 3–4 capas y un tamaño aproximado de 1 μm, puede dispersarse o volver a dispersarse a concentraciones de al menos 63 mg/mL.
 

Imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de nanoplaquetas de grafeno a (b) X3000 y (c) X8000
(Estudio e imágenes: ©Alizadeh et al., 2018)

Homogeneizadores y dispersor ultrasónicos para grafeno

Hielscher Ultrasonics ofrece sistemas ultrasónicos de alta potencia para exfoliar y dispersar grafeno y grafito con una estructura de múltiples capas apiladas y obtener grafeno de una, dos o pocas capas. Sus fiables procesadores ultrasónicos y avanzados reactores proporcionan la potencia necesaria y un control preciso para alcanzar objetivos de proceso específicos.

Uno de los parámetros de proceso más importantes es la amplitud ultrasónica, que es el desplazamiento vibratorio del sonotrodo. Los ultrasonicadores industriales de Hielscher están diseñados para proporcionar amplitudes muy elevadas, con funcionamiento continuo a amplitudes de hasta 200 µm. Para amplitudes aún mayores, se ofrecen sondas ultrasónicas personalizadas. Los parámetros de proceso de todos los sonicadores de Hielscher pueden ajustarse con precisión a las condiciones de proceso requeridas y supervisarse mediante el software integrado, lo que garantiza una alta fiabilidad, una calidad constante y resultados reproducibles. El diseño robusto de los sonicadores de Hielscher permite un funcionamiento 24/7 en entornos exigentes, por lo que la sonicación es la tecnología preferida para la producción a gran escala de nanoláminas de grafeno de una o pocas capas.

Hielscher ofrece una amplia gama de ultrasonicadores y accesorios, incluidos sonotrodos y reactores de distintos tamaños y geometrías. Esto permite seleccionar las condiciones y los factores de reacción óptimos, como los reactivos, el aporte de energía ultrasónica por unidad de volumen, la presión, la temperatura y el caudal, para lograr la máxima calidad. Sus reactores ultrasónicos pueden presurizarse hasta varios cientos de barg, lo que permite sonicar pastas muy viscosas (hasta 250.000 centipoise).

Estas capacidades hacen que la delaminación, la exfoliación y la dispersión ultrasónicas sean superiores a las técnicas convencionales de trituración y molienda.
 

Los sonicadores de Hielscher son los homogeneizadores ultrasónicos más avanzados del mercado. ¡Aproveche las numerosas ventajas que ofrecen los sonicadores de Hielscher!