Grafeeni nanoplaadid, mis sünteesitakse ja dispergeeritakse sondi-ultrahelitöötluse kaudu

Grafeeni nanoplaatotsüüte (RKT) saab sonikaatorite abil sünteesida ja hajutada suure efektiivsuse ja usaldusväärsusega. Suure intensiivsusega ultraheli kasutatakse grafiidi koorimiseks ja mõnekihilise grafeeni saamiseks, mida sageli nimetatakse grafeeni nanoplatelettideks. Sonikatsioon paistab silma ka suurepärase grafeeni nanoplateotsüütide jaotuse saavutamisel nii madala kui ka väga viskoosse suspensiooniga.

Grafeeni nanoplaadi töötlemine – Suurepärased tulemused ultrahelitöötlusega

Grafeeni nanoplateotsüütide töötlemiseks on sondi tüüpi sonikaatorid kõige tõhusamad, usaldusväärsemad ja hõlpsamini kasutatavad tööriistad. Kuna ultraheli saab rakendada grafeeni nanoplaatide sünteesiks, hajutamiseks ja funktsionaliseerimiseks, kasutatakse sonikaatoreid paljude grafeeniga seotud rakenduste jaoks:

• Koorimine ja süntees Sondi tüüpi sonikaatoreid kasutatakse grafiidi koorimiseks mõnekihiliseks grafeeniks või grafeeni nanoplaadiks. Suure intensiivsusega ultraheliuuring häirib vahekihi jõude ja lagundab grafiidi väiksemateks üksikuteks grafeenilehtedeks.
• Dispersioon: Grafeeni nanoplateotsüütide ühtlase dispersiooni saavutamine vedelas keskkonnas on ülioluline kõigi grafeeniga seotud rakenduste jaoks. Sondi tüüpi sonikaatorid võivad hajutada nanoplatetsüüdid ühtlaselt kogu vedelikus, vältides aglomeratsiooni ja tagades stabiilse suspensiooni.
• Funktsionaliseerimine: Sonikatsioon hõlbustab grafeeni nanoplateotsüütide funktsionaliseerimist, soodustades funktsionaalsete rühmade või molekulide kinnitamist nende pindadele. See funktsionaliseerimine suurendab nende ühilduvust konkreetsete polümeeride või materjalidega.

Grafeeni nanoplateotsüütide süntees ultrahelitöötluse kaudu

Grafeeni nanoplaatotsüüte saab sünteesida ultraheli abil grafiidi koorimisega. Seetõttu töödeldakse grafiidi suspensiooni ultraheliga, kasutades sondi tüüpi ultraheli homogenisaatorit. Seda protseduuri on katsetatud väga madalate (nt 4wt% või madalamate) kuni kõrge tahke aine (nt 10wt% või rohkem) kontsentratsioonidega.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Saadud grafeeni nanolehtede kõrgresolutsiooniga ülekandeelektronmikroskoobi pildid
ultraheli abil vesifaasi dispersioon ja Hummeri meetod.
(Uuring ja graafik: Ghanem ja Rehim, 2018)

Mis on grafeenilehtedel ja nanoplaatidel?

Grafeeni lehed ja grafeeni nanoplaadid on mõlemad nanomaterjalid, mis koosnevad grafeenist, mis on üks süsinikuaatomite kiht, mis on paigutatud kuusnurksesse võre. Mõnikord kasutatakse vahetatavate terminitena grafeeni lehti ja grafeeni nanoplaate. Kuid teaduslikult on nende grafeeni nanomaterjalide vahel mõned erinevused: Grafeeni lehtede ja grafeeni nanoplaatide peamine erinevus seisneb nende struktuuris ja paksuses. Grafeeni lehed koosnevad ühest süsinikuaatomite kihist ja on erakordselt õhukesed, samas kui grafeeni nanoplaadid on paksemad ja koosnevad mitmest virnastatud grafeenikihist. Need struktuurilised erinevused võivad mõjutada nende omadusi ja sobivust konkreetseteks rakendusteks. Sondi tüüpi sonikaatorite kasutamine on väga tõhus ja tõhus meetod grafeeni ühekihiliste grafeenilehtede sünteesimiseks, hajutamiseks ja funktsionaliseerimiseks, samuti mõnekihilised virnastatud grafeeni nanoplateletid.

Grafeeni nanoplatelettide ultraheli sünteesi graafiline visualiseerimine sonikaatori UP100H abil
(Uuring ja graafik: Ghanem ja Rehim, 2018)

Grafeeni nanoplatelettide dispersioon ultrahelitöötluse abil

Grafeeni nanoplaadiotsüütide (RKT) ühtlane dispersioon on erinevates rakendustes ülioluline, kuna see mõjutab otseselt saadud materjalide või toodete omadusi ja jõudlust. Seetõttu on sonikaatorid paigaldatud grafeeni nanoplateotsüütide dispersioonide jaoks erinevates tööstusharudes. Järgmised tööstusharud on silmapaistvad näited võimsuse ultraheli kasutamisest:
 

• Nano-komposiidid: Grafeeni nanoplaatotsüüte saab lisada erinevatesse nanokomposiitmaterjalidesse, näiteks polümeeridesse, et parandada nende mehaanilisi, elektrilisi ja termilisi omadusi. Sondi tüüpi sonikaatorid aitavad nanoplaate ühtlaselt hajutada polümeermaatriksis, mille tulemuseks on parem materjali jõudlus.
• Elektroodid ja patareid: Grafeeni nanoplaatotsüüte kasutatakse patareide ja superkondensaatorite suure jõudlusega elektroodide väljatöötamisel. Sonikatsioon aitab luua hästi hajutatud grafeenipõhiseid elektroodimaterjale, mille pindala on suurem, mis parandab energiasalvestusvõimalusi.
• Katalüüs: Sonikatsiooni saab kasutada grafeeni nanoplaadil põhinevate katalüütiliste materjalide valmistamiseks. Katalüütiliste nanoosakeste ühtlane dispersioon grafeeni pinnal võib suurendada katalüütilist aktiivsust erinevates reaktsioonides.
• Andurid: Grafeeni nanoplaateene saab kasutada andurite valmistamisel mitmesugusteks rakendusteks, sealhulgas gaasianduriks, biosensatsiooniks ja keskkonnaseireks. Sonikatsioon tagab nanoplateotsüütide homogeense jaotumise andurimaterjalides, mis parandab tundlikkust ja jõudlust.
• Pinnakattevahendid ja kiled: Sondi tüüpi sonikaatoreid kasutatakse grafeeni nanotrombotsüütidel põhinevate katete ja kilede valmistamiseks elektroonikas, kosmoses ja kaitsekatetes. Nende rakenduste jaoks on ülioluline ühtlane dispersioon ja õige nakkuvus aluspindadega.
• Biomeditsiinilised rakendused: Biomeditsiinilistes rakendustes saab grafeeni nanotrombotsüüte kasutada ravimite manustamiseks, pildistamiseks ja koetehnoloogiaks. Sonikatsioon aitab valmistada nendes rakendustes kasutatavaid grafeenipõhiseid nanoosakesi ja komposiite.

SEM-pildid grafeeni nanoplateotsüütidest (b) X3000 ja (c) X8000 juures
(Uuring ja pildid: ©Alizadeh et al., 2018)

Teaduslikult tõestatud tulemused ultraheli grafeeni nanoplateotsüütide dispersioonide jaoks

Teadlased on kasutanud Hielscheri sonikaatoreid grafeeni nanoplateotsüütide sünteesiks ja hajutamiseks paljudes uuringutes ning testinud ultraheli mõju jõuliselt. Allpool leiate mõned näited grafeeni nanotrombotsüütide edukaks segamiseks erinevatesse segudesse, nagu vesiläga, ekspositsioonivaigud või mört.
 
Grafeeni nanoplaatotsüütide usaldusväärse ja kiire ühtlase dispersiooni ühine protseduur on järgmine protseduur:
Dispersiooniks töödeldi grafeeni nanoplatetette puhta atsetooni sees, kasutades Hielscheri ultraheli segistit UP400S peaaegu tund aega, et vältida grafeeni lehtede aglomeratsiooni. Atsetoon eemaldati täielikult aurustamise teel. Seejärel lisati grafeeni nanoplaadid 1 massiprotsenti epoksüsüsteemist ja neid töödeldi epoksüvaigus 90W juures 15 minutit.
(vrd Cakir et al., 2016)
 
Teises uuringus uuritakse ioonsete vedelikupõhiste nanovedelike (ionanovedelike) tugevdamist grafeeni nanotrombotsüütide lisamisega. Suurepärase dispersiooni jaoks homogeniseeriti grafeeni nanotrombotsüütide, ioonse vedeliku ja naatriumdodetsüülbenseensulfonaadi segu, kasutades Hielscheri sondi tüüpi sonikaatorit UP200S umbes 90 minutit.
(vrd Alizadeh et al., 2018)

 
(2019) teatavad grafeeni nanotrombotsüütide efektiivsest inkorporeerimisest mördisse. Seetõttu toodeti grafeeni vesisuspensioone, lisades nanoplatetsüüte – saadud materjalide soovitava sihtsisaldusega kaaluga – tavalise kraanivee ja plastifikaatori segudesse ning sellele järgnenud magnetsegamisega 2 minutit. Suspensioonid homogeniseeriti ultraheliga 90 minutit toatemperatuuril, kasutades Hielscher UP400S seadet (Hielscher Ultrasonics GmbH), mis oli varustatud 22 mm sonotrode'iga, mis andis võimsuse läbilaskevõime 4500 J / min sagedusel 24 kHz. Energiakiiruse ja ultrahelitöötluse kestuse spetsiifiline kombinatsioon määrati optimaalseks pärast suspensiooni kvaliteedi ultraheliuuringute parameetrite mõju hoolikat uurimist.
(vrd Tragazikis et al., 2019)
 
(2018) väidavad oma uuringus, et õige dispersioonitehnika, näiteks ultrahelitöötlus, tagab, et nanomaterjalid, nagu grafeeni nanoplaadid, võivad parandada täitematerjalide omadusi. See on tingitud asjaolust, et dispersioon on üks tähtsamaid tegureid kvaliteetsete nanokomposiitide, näiteks epoksümördi tootmisel.

Suure jõudlusega sonikaatorid grafeeni nanoplateotsüütide töötlemiseks

Hielscher Ultrasonics on turuliider, kui tegemist on suure jõudlusega ultrasonikaatoritega nanomaterjalide töötlemiseks. Hielscheri sondi tüüpi sonikaatoreid kasutatakse kogu maailmas laborites ja tööstuskeskkondades mitmesugusteks rakendusteks, sealhulgas grafeeni nanoplaatotsüütide töötlemiseks.
Tipptasemel tehnoloogia, Saksa käsitöö ja inseneriteadus ning pikaajaline tehniline kogemus muudavad Hielscher Ultrasonics teie eelistatud partneriks eduka ultraheli rakenduse jaoks.

Disain, tootmine ja nõustamine – Kvaliteet Valmistatud Saksamaal

Hielscheri ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeimate kvaliteedi- ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrasonikaatorid saavad kergesti käsitseda karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad.

Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, millel on tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkus. Loomulikult on Hielscheri ultrasonikaatorid CE-nõuetele vastavad ja vastavad UL, CSA ja RoHs nõuetele.

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: