Grafeeni ultraheli dispersioon
Grafeeni lisamiseks komposiitidesse on oluline grafeen hajutada või koorida üksikuteks nanolehtedeks ühtlaselt kogu preparaadis. Mida põhjalikumalt grafeen deagglomereeritakse, seda paremaid on võimalik kasutada selle erakordseid materjaliomadusi. Ultraheli dispersioon pakub paremat osakeste jaotust ja dispersiooni stabiilsust isegi suurte kontsentratsioonide ja viskoossuse korral. See meetod tagab silmapaistva dispersioonikvaliteedi, ületades kaugelt tavapäraseid segamistehnikaid.
Grafeeni ultraheli dispersioon
Grafeeni silmapaistvate omadustega, näiteks selle tugevusega komposiitide imbumiseks tuleb grafeen ühtlaselt dispergeerida maatriksisse või kanda õhukese kilekattena substraadile. Peamised tegurid, mis mõjutavad saadud materjali omadusi, on aglomeratsioon, settimine ja dispersioon maatriksis või osakeste jaotus substraadil.
Grafeeni hüdrofoobse olemuse tõttu on keeruline luua stabiilset ja väga kontsentreeritud dispersiooni ilma pindaktiivsete ainete või dispergaatoriteta. Van der Waalsi jõudude ületamine nõuab tugevaid nihkejõude, mida saab tõhusalt tekitada ultraheli kavitatsiooni abil. See meetod on stabiilsete dispersioonide valmistamiseks kõige keerukam.
Tööstuslikud sonikaatorid grafeeni suure läbilaskevõimega dispersiooniks.
[/one_third_last]
Lisateavet ja tehnilisi üksikasju Hielscheri tööstusliku sondi tüüpi sonikaatorite kohta grafeeni koorimiseks ja hajutamiseks leiate siit:
- UIP1000hdT (1000 vatti võimsusega ultraheli)
- UIP2000hdT (2000 vatti võimsus ultraheli)
- UIP4000hdT (4000 vatti võimsus ultraheli)
- UIP6000hdT (6000 vatti võimsust ultraheli)
- UIP16000hdT (võimsus 16 000 vatti ultraheli)
Kõik Hielscheri sonikaatorid võimaldavad täpset kontrolli kõigi oluliste protsessiparameetrite üle, ultraheli dispersioonitehnoloogia väldib grafeeni keemiliste ja kristallstruktuuride kahjustusi – mille tulemuseks on põlised, defektivabad grafeenihelbed.
Hielscheri võimsad ultrasonikaatorid on võimelised töötlema grafeeni ja grafiiti suurtes kogustes, nt vedela faasi koorimiseks ja grafeeni dispersiooniks. Protsessi parameetrite täpne kontroll võimaldab ultraheli protsesside sujuvat suurendamist pink-top kuni täieliku kaubandusliku tootmiseni.
Ultraheli kooritud mõnekihilist grafeeni, millel on umbes 3-4 kihti ja umbes suurus 1 μm, saab (uuesti) hajutada kontsentratsioonides vähemalt 63 mg / ml.
SEM-pildid grafeeni nanoplateotsüütidest (b) X3000 ja (c) X8000 juures
(Uuring ja pildid: ©Alizadeh et al., 2018)
- kvaliteetne grafeen
- suur läbilaskevõime / kõrge saagikus
- ühtlane dispersioon
- kõrge kontsentratsioon
- kõrge viskoossus
- kiire protsess
- odav
- Väga tõhus
- keskkonnasõbralik
7kW ultraheli reaktor grafeeni dispersioonide jaoks
Ultraheli homogenisaatorid ja dispergeerija grafeeni jaoks
Hielscher Ultrasonics pakub suure võimsusega ultraheli süsteeme koorimiseks ja hajutamiseks kihilise grafeeni ja grafiidi mono-, bi- ja mõnekihiliseks grafeeniks. Nende usaldusväärsed ultraheli protsessorid ja täiustatud reaktorid annavad vajaliku võimsuse ja täpse kontrolli konkreetsete protsessi eesmärkide saavutamiseks.
Üks olulisemaid protsessi parameetreid on ultraheli amplituud, mis on ultraheli sarve vibratsiooniline nihe. Hielscheri tööstuslikud ultrasonikaatorid on loodud väga kõrge amplituudiga, pideva tööga kuni 200 μm. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sondid. Kõigi Hielscheri sonikaatorite protsessiparameetreid saab täpselt kohandada nõutavatele protsessitingimustele ja jälgida sisseehitatud tarkvara abil, tagades kõrge töökindluse, ühtlase kvaliteedi ja reprodutseeritavad tulemused. Hielscheri sonikaatorite jõuline disain on ehitatud 24/7 tööks nõudlikes keskkondades, muutes ultrahelitöötluse eelistatud tehnoloogiaks mono- ja mõnekihiliste grafeeni nanolehtede suuremahuliseks tootmiseks.
Hielscher pakub laia valikut ultrasonikaatoreid ja tarvikuid, sealhulgas erineva suuruse ja geomeetriaga sonotroode ja reaktoreid. See võimaldab valida optimaalsed reaktsioonitingimused ja tegurid, nagu reaktiivid, ultraheli energiasisend mahu kohta, rõhk, temperatuur ja voolukiirus, et saavutada kõrgeim kvaliteet. Nende ultraheli reaktoreid saab survestada kuni mitusada bargi, muutes teostatavaks väga viskoossete pastade (kuni 250 000 sentipoise) ultrahelitöötluse.
Need võimalused muudavad ultraheli delamineerimise, koorimise ja hajutamise paremaks kui tavapärased lihvimis- ja freesimistehnikad.
Hielscheri sonikaatorid on turul kõige keerukamad ultraheli homogenisaatorid. Kasutage ära Hielscheri sonikaatoritega kaasnevaid arvukaid eeliseid!
Grafeeni nanoplatelettide ultraheli sünteesi graafiline visualiseerimine sonikaatori UP100H abil
(Uuring ja graafik: Ghanem ja Rehim, 2018)
Hielscheri sonikaatorid grafeeni jaoks:
- suure võimsusega ultraheli
- kõrged nihkejõud
- kohaldatav kõrge rõhk
- täpne juhtimine
- õmblusteta mastaapsus (lineaarne)
- partii ja läbivool
- Korratavad tulemused
- Usaldusväärsuse
- töökindlus
- kõrge energiatõhusus
Faktid, mida tasub teada
Mis on grafeen?
Grafeen on ühe aatomi paksune süsinikukiht, mida võib kirjeldada kui grafeeni ühekihilist või 2D-struktuuri (ühekihiline grafeen = SLG). Grafeenil on erakordselt suur eripind ja suurepärased mehaanilised omadused (Youngi moodul 1 TPa ja sisemine tugevus 130 GPa), pakub suurepärast elektroonilist ja soojusjuhtivust, laengukandja liikuvust, läbipaistvust ja on gaasidele mitteläbilaskev. Nende materjaliomaduste tõttu kasutatakse grafeeni tugevdava lisandina, et anda komposiitidele selle tugevus, juhtivus jne. Grafeeni omaduste kombineerimiseks teiste materjalidega tuleb grafeen dispergeerida ühendisse või kanda õhukese kilekattena substraadile.
Tavaliste lahustite hulka, mida sageli kasutatakse vedela faasina grafeeni nanolehtede hajutamiseks, kuuluvad dimetüülsulfoksiid (DMSO), N,N-dimetüülformamiid (DMF), N-metüül-2-pürrolidoon (NMP), tetrametüülurea (TMU, tetrahüdrofuraan (THF), propüleenkarbonaatatsetoon (PC), etanool ja formamiid.
Kas grafeeni saab vees hajutada?
Jah, grafeeni saab vees dispergeerida, kasutades pindaktiivseid aineid, polümeere või muid stabiliseerivaid aineid, et vältida agregatsiooni ja säilitada dispersiooni stabiilsus. Usaldusväärsed dispergeerimisseadmed, näiteks sondi tüüpi sonikaatorid, mängivad olulist rolli ka grafeeni dispersioonis, kasutades ultraheli energiat aglomeraatide lagundamiseks ja grafeeniosakeste suuruse vähendamiseks, edendades ühtlasemat ja stabiilsemat dispersiooni vedelas keskkonnas.
Kas grafeenoksiid võib vees lahustuda?
Jah, grafeenoksiid võib vees lahustuda tänu oma hapnikku sisaldavatele funktsionaalrühmadele, mis suurendavad selle hüdrofiilsust ja võimaldavad tal moodustada stabiilseid vesidispersioone.
Mis on parim lahusti grafeeni hajutamiseks?
Parim lahusti grafeeni hajutamiseks on N-metüül-2-pürrolidoon (NMP) tänu oma suurele polaarsusele ja võimele stabiliseerida grafeenilehti, mille tulemuseks on ühtlane ja stabiilne dispersioon.
Miks on grafeen vees lahustumatu?
Grafeen on vees lahustumatu, kuna sellel puuduvad funktsionaalsed rühmad, mis võivad suhelda veemolekulidega, muutes selle hüdrofoobseks ja kalduvuseks agregatsioonile tänu tugevatele van der Waalsi jõududele grafeenilehtede vahel.
Miks kasutatakse komposiitides grafeeni?
Grafeen on ühe aatomi paksusega kõige õhem, kaaluga umbes 0,77 mg 1 m kohta2 kõige kergem ja tõmbejäikusega 150 000 000 psi (100-300 korda tugevam kui teras) ja tõmbetugevusega 130 000 000 000 Pascals tugevaim teadaolev materjal.
Lisaks on grafeen parim soojusjuht (toatemperatuuril (4,84±0,44) × 103 kuni (5.30±0.48) × 103 W·m-11· K-1) ja parim elektrijuht (elektronide liikuvus suurem kui 15 000 cm)2· V-1·s-1).
Grafeeni teine oluline omadus on selle optiline omadus valguse neeldumisega πα≈2, 3% valgest valgusest ja selle läbipaistev välimus.
Grafeeni lisamisega maatriksitesse saab need silmapaistvad materjaliomadused üle kanda saadud komposiidile, mis pakub ainulaadseid funktsioone. Sellised grafeeniga tugevdatud komposiidid pakuvad uusi võimalusi materjalide arendamiseks ja tööstuslikeks rakendusteks. Tänu oma omadustele on grafeen ja grafeen-komposiidid juba laialt levinud suure jõudlusega patareide, superkondensaatorite, juhtivate trükivärvide, katete, fotogalvaaniliste süsteemide ja elektroonikaseadmete tootmisel
Hielscheri sonikaatorid annavad van der Waalsi jõudude ületamiseks vajalikud suured nihkejõud, et jaotada grafeeni nanolehed ühtlaselt komposiitmaatriksitesse. Ultraheli dispergeerijaid, nagu UIP2000hdT või UIP16000, kasutatakse grafeeni ja grafeenoksiidiga tugevdatud nano-komposiitide tootmiseks.
Kirjandus / viited
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.