grafeenoksiid – Ultraheli koorimine ja dispersioon
Ultraheli koorimine on laialdaselt kasutatav meetod grafeenoksiidi tootmiseks, lagundades grafiitoksiidi õhukesteks, ühe- või mõnekihilisteks grafeenilehtedeks. Hielscheri sonikaatorid loovad intensiivse akustilise kavitatsiooni, kus energiatihedad ultraheli lained tekitavad vedelas keskkonnas suure energiaga mikromulle. Need kokkuvarisevad mullid tekitavad nihkejõude, mis eraldavad grafiitoksiidi kihid, koorides need tõhusalt grafeenoksiidi nanolehtedeks. Kasutage suure jõudlusega ultraheli, et viia oma grafeenoksiidil põhinev rakendus järgmisele tasemele!
Grafeenoksiidi ultraheli koorimine
Grafeenoksiid on vees lahustuv, amfifiilne, mittetoksiline, biolagunev ja seda saab kergesti dispergeerida stabiilseteks kolloidideks. Ultraheli koorimine ja dispersioon on väga tõhus, kiire ja kulutõhus meetod grafeenoksiidi sünteesimiseks, hajutamiseks ja funktsionaliseerimiseks tööstuslikus mastaabis. Allavoolu töötlemisel toodavad ultraheli dispergeerijad suure jõudlusega grafeenoksiid-polümeerkomposiite.
Ultraheli koorimise eelised
Ultraheli koorimine pakub mitmeid eeliseid, sealhulgas lihtsust, mastaapsust ja keskkonnasõbralikkust, kuna see ei vaja tavaliselt karmid kemikaalid ega keerulist töötlemist. Lisaks võimaldab see täpset kontrolli grafeenoksiidi nanolehtede suuruse ja paksuse üle, mis on ülioluline nende omaduste häälestamiseks erinevates rakendustes.
Tööstuslik sonikaator UIP16000hdT suure läbilaskevõimega grafeenoksiidi koorimine
Protokoll: Grafeenoksiidi ultraheli koorimine
Grafeenoksiidi (GO) nanolehtede suuruse kontrollimiseks mängib koorimismeetod võtmetegurit. Tänu oma täpselt kontrollitavatele protsessiparameetritele on ultraheli koorimine kõige laialdasemalt kasutatav delamineerimistehnika kvaliteetse grafeeni ja grafeenoksiidi tootmiseks.
Grafeenoksiidi ultraheli koorimiseks grafiitoksiidist on saadaval erinevad protokollid. Allpool leiate ultraheli grafeenoksiidi koorimise näidisprotokolli:
Grafiitoksiidi pulber segatakse KOH vesilahuses pH väärtusega 10. Koorimiseks ja sellele järgnevaks dispersiooniks kasutatakse sondi tüüpi ultrasonikaatorit UP200St (200W). Seejärel kinnitatakse K+ ioonid grafeeni basaaltasandile, et indutseerida vananemisprotsessi. Vananemine saavutatakse pöörleva aurustamisega (2 h). Liigsete K+ ioonide eemaldamiseks pestakse ja tsentrifuugitakse pulbrit mitu korda.
Saadud segu tsentrifuugitakse ja külmkuivatatakse, nii et dispergeeruv grafeenoksiidi pulber sadestub.
Juhtiva grafeenoksiidi pasta valmistamine: Grafeenoksiidi pulbrit võib dispergeerida dimetüülformamiidis (DMF) ultrahelitöötluse all, et saada juhtiv pasta. (Han et al.2014)
Ultraheli grafeenoksiidi koorimise mehhanism
(Pilt.: Potts et al. 2011)
Grafeenoksiidi ultraheli funktsionaliseerimine
Sonikatsiooni kasutatakse edukalt grafeenoksiidi (GO) lisamiseks polümeeridesse ja komposiitidesse.
Näited:
- grafeenoksiid-TiO2 mikrosfääri komposiit
- polüstüreen-magnetiit-grafeenoksiidkomposiit (struktureeritud südamik-kest)
- polüstüreen redutseeritud grafeenoksiidi komposiidid
- polüaniliinnanokiududega kaetud polüstüreen/grafeenoksiid (PANI-PS/GO) südamikkesta komposiit
- polüstüreen-interkaleeritud grafeenoksiid
- p-fenüleendiamiin-4vinüülbenseen-polüstüreen modifitseeritud grafeenoksiid
Ultrasonikaator UP400St Grafeeni nanoplateotsüütide dispersioonide valmistamiseks
Ultraheli koorimisega toodetud grafeenoksiidi rakendused
Ultraheli koorimise teel toodetud grafeenoksiidil on laialdased rakendused erinevates valdkondades. Elektroonikas kasutatakse seda painduvates juhtivates kiledes ja andurites; Energiasalvestuses suurendab see patareide ja superkondensaatorite jõudlust. Grafeenoksiidi antibakteriaalsed omadused muudavad selle väärtuslikuks biomeditsiinilistes rakendustes, samas kui selle suur pindala ja funktsionaalsed rühmad on kasulikud katalüüsis ja keskkonna parandamisel. Üldiselt hõlbustab ultraheli koorimine kvaliteetse grafeenoksiidi tõhusat tootmist tipptasemel tehnoloogiates kasutamiseks.
Sonikaatorid grafeeni ja grafeenoksiidi töötlemiseks
Hielscher Ultrasonics pakub suure võimsusega ultraheli süsteeme grafeeni ja grafeenoksiidi koorimiseks, hajutamiseks ja töötlemiseks. Usaldusväärsed ultraheli protsessorid ja keerukad reaktorid tagavad täpse kontrolli, võimaldades ultraheli protsesside häälestamist soovitud eesmärkidele.
Üks oluline parameeter on ultraheli amplituud, mis määrab ultraheli sondi vibratsioonilise laienemise ja kokkutõmbumise. Hielscheri tööstuslikud ultrasonikaatorid pakuvad kõrgeid amplituudi, kuni 200 μm, töötavad pidevalt 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sondid. Kõiki protsessoreid saab täpselt kohandada vastavalt töötlemistingimustele ja jälgida sisseehitatud tarkvara abil, tagades töökindluse, ühtlase kvaliteedi ja reprodutseeritavad tulemused.
Hielscheri sonikaatorid on tugevad ja võivad pidevalt töötada raskeveokite keskkondades, muutes ultrahelitöötluse eelistatud tootmistehnoloogiaks suuremahulise grafeeni, grafeenoksiidi ja grafiitmaterjali valmistamiseks.
Lai tootevalik ultrasonikaatoreid ja tarvikuid, sealhulgas erineva suuruse ja geomeetriaga sonotroodid ja reaktorid, võimaldab kõrgeima kvaliteedi saavutamiseks valida optimaalsed reaktsioonitingimused ja tegurid, nagu reaktiivid, ultraheli energiasisend, rõhk, temperatuur ja voolukiirus. Hielscheri ultraheli reaktorid võivad isegi survestada kuni mitusada bargi, võimaldades väga viskoossete pastade ultrahelitöötlust, mille viskoossus ületab 250 000 sentipoise.
Ultraheli delaminatsioon ja koorimine paistavad nende tegurite tõttu silma tavapäraseid tehnikaid.
- suur võimsus
- kõrged nihkejõud
- kohaldatav kõrge rõhk
- täpne juhtimine
- õmblusteta mastaapsus (lineaarne)
- partii ja pidev
- Korratavad tulemused
- Usaldusväärsuse
- töökindlus
- kõrge energiatõhusus
Ultraheli süsteem grafeenoksiidi koorimiseks
Ultraheli grafeeni sünteesi, dispersiooni ja funktsionaliseerimise kohta lisateabe saamiseks klõpsake siin:
- Grafeeni tootmine
- Grafeeni nanoplaadid
- Veepõhine grafeeni koorimine
- Vees dispergeeruv grafeen
- grafeenoksiid
- Xenes
Faktid, mida tasub teada
Ultraheli ja kavitatsioon: kuidas grafiit kooritakse grafeenoksiidiks ultrahelitöötluse abil?
Grafiitoksiidi (GrO) ultraheli koorimine põhineb akustilise kavitatsiooni poolt indutseeritud suurel nihkejõul. Akustiline kavitatsioon tekib vahelduvate kõrgsurve / madala rõhu tsüklite tõttu, mis tekivad võimsate ultraheli lainete ühendamisel vedelikus. Madalrõhutsüklite ajal tekivad väga väikesed tühimikud või vaakummullid, mis kasvavad vahelduvate madalrõhutsüklite jooksul. Kui vaakummullid saavutavad suuruse, kus nad ei suuda rohkem energiat absorbeerida, varisevad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt kokku. Mullide implosiooni tulemuseks on kavitatsioonilised nihkejõud ja pingelained, äärmuslik temperatuur kuni 6000K, äärmuslikud jahutuskiirused üle 1010K / s, väga kõrge rõhk kuni 2000atm, äärmuslikud rõhuerinevused ja vedelikujoad kiirusega kuni 1000 km / h (∼ 280 m / s).
Need intensiivsed jõud mõjutavad grafiidivirnasid, mis on delamineeritud ühe- või mõnekihilisteks grafeenoksiidideks ja põlisteks grafeeni nanolehtedeks.
Mis on grafeenoksiid?
Grafeenoksiid (GO) sünteesitakse grafiitoksiidi (GrO) koorimisega. Kui grafiitoksiid on 3D-materjal, mis koosneb miljonitest kihtidest grafeenikihtidest interkaleeritud hapnikuga, siis grafeenoksiid on mono- või mõnekihiline grafeen, mis on hapnikuga rikastatud mõlemalt poolt.
Grafeenoksiid ja grafeen erinevad üksteisest järgmiste omaduste poolest: grafeenoksiid on polaarne, samas kui grafeen on mittepolaarne. Grafeenoksiid on hüdrofiilne, samas kui grafeen on hüdrofoobne.
See tähendab, et grafeenoksiid on vees lahustuv, amfifiilne, mittetoksiline, biolagunev ja moodustab stabiilseid kolloidseid suspensioone. Grafeenoksiidi pind sisaldab epoksü-, hüdroksüül- ja karboksüülrühmi, mis on kättesaadavad katioonide ja anioonidega suhtlemiseks. Tänu oma ainulaadsele orgaanilisele-anorgaanilisele hübriidstruktuurile ja erakordsetele omadustele pakuvad GO-polümeerkomposiidid suurt potentsiaali mitmekülgseteks tööstuslikeks rakendusteks. (Tolasz et al. 2014)
Mis on redutseeritud grafeenoksiid?
Vähendatud grafeenoksiidi (rGO) toodetakse grafeenoksiidi ultraheli, keemilise või termilise redutseerimise teel. Redutseerimisetapi ajal eemaldatakse enamik grafeenoksiidi hapnikufunktsioone nii, et saadud redutseeritud grafeenoksiidil (rGO) on väga sarnased omadused põliste grafeenidega. Kuid redutseeritud grafeenoksiid (rGO) ei ole defektivaba ja puhas grafeen.
Kirjandus / viited
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.