نانوپلیت گرافن (GNPs) را می توان سنتز و پراکنده با راندمان بالا و قابلیت اطمینان با استفاده از sonicators. امواج فراصوت با شدت بالا به لایه برداری گرافیت و به دست اوردن گرافن چند لایه، اغلب به عنوان نانو پلاتلت گرافن اشاره استفاده می شود. روش فراصوت نیز در دستیابی به توزیع نانوپلیت گرافن عالی در هر دو سوسپانسیون کم و بسیار چسبناک برتری دارد.

پردازش نانوپلیت گرافن – نتایج برتر با روش فراصوت

برای پردازش نانوپلیت گرافن، sonicators پروب نوع ابزار کارامد ترین، قابل اعتماد و اسان برای استفاده هستند. از انجا که امواج فراصوت را می توان برای سنتز، پراکندگی و عاملدار نانوپلیت گرافن اعمال می شود، sonicators برای برنامه های کاربردی متعدد مربوط به گرافن استفاده می شود:

• لایه برداری و سنتز Sonicators پروب نوع استفاده می شود به لایه برداری گرافیت را به چند لایه گرافن یا نانو پلاتلت گرافن. امواج فراصوت با شدت بالا نیروهای لایه را مختل می کند و گرافیت را به ورق های کوچکتر و جداگانه گرافن تجزیه می کند.
• پراکندگی: دستیابی به پراکندگی یکنواخت نانو پلاتلت های گرافن در یک محیط مایع برای تمام کاربردهای مرتبط با گرافن بسیار مهم است. sonicators پروب نوع می تواند نانوplatelets به طور مساوی در سراسر مایع پراکنده، جلوگیری از تراکم و اطمینان از تعلیق پایدار.
• عاملدار: روش فراصوت تسهیل عاملدار نانو پلاتلت گرافن با ترویج دلبستگی از گروه های عاملی و یا مولکول به سطوح خود را. این عاملدارسازی سازگاری انها را با پلیمرها یا مواد خاص افزایش می دهد.

سنتز نانوپلیت گرافن از طریق روش فراصوت

نانوپلیت گرافن را می توان با لایه برداری گرافیت التراسونیک کمک سنتز شده است. بنابراین، یک تعلیق گرافیتی با استفاده از یک هموژنایزر اولتراسونیک نوع پروب فراصوت داده می شود. این روش با غلظت بسیار کم (به عنوان مثال 4wt٪ یا پایین تر) تا جامد بالا (به عنوان مثال 10wt٪ یا بالاتر) ازمایش شده است.
 
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.

تصاویر میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا از نانوصفحات گرافن به دست امده است
از طریق التراسونیک کمک پراکندگی فاز ابی و روش هامر.
(مطالعه و گرافیک: غانم و رحیم، 1397)

تفاوت بین ورق های گرافن و نانوپلات ها چیست؟

ورق های گرافن و نانوپلات های گرافن هر دو نانومواد تشکیل شده از گرافن هستند که یک لایه از اتم های کربن است که در یک شبکه شش ضلعی مرتب شده اند. گاهی اوقات، ورق های گرافن و نانوپلات های گرافن به عنوان اصطلاحات قابل تعویض استفاده می شوند. اما از نظر علمی، تفاوت کمی بین این نانومواد گرافن وجود دارد: تفاوت اصلی بین ورق های گرافن و نانوپلات های گرافن در ساختار و ضخامت انها است. ورق های گرافن از یک لایه از اتم های کربن تشکیل شده و فوق العاده نازک هستند، در حالی که نانوپلات های گرافن ضخیم تر هستند و از چندین لایه گرافن انباشته تشکیل شده اند. این تفاوت های ساختاری می تواند بر خواص و مناسب بودن انها برای کاربردهای خاص تاثیر بگذارد. استفاده از sonicators پروب نوع یک تکنیک بسیار موثر و کارامد برای سنتز، پراکنده، و functionalize گرافن ورق گرافن تک لایه و همچنین چند لایه انباشته نانوپلیت گرافن است.

گرافیک تجسم سنتز مافوق صوت از نانو پلاتلت گرافن با استفاده از فراصوت دهنده UP100H
(مطالعه و گرافیک: غانم و رحیم، 1397)

پراکندگی نانوپلیتهای گرافن با استفاده از روش فراصوت

پراکندگی یکنواخت نانوپلیت های گرافن (GNPs) در کاربردهای مختلف بسیار مهم است زیرا به طور مستقیم بر خواص و عملکرد مواد یا محصولات حاصل تاثیر می گذارند. بنابراین، sonicators برای پراکندگی نانوپلیت گرافن در صنایع مختلف نصب شده است. صنایع زیر نمونه های برجسته برای استفاده از قدرت اولتراسوند هستند:
 

• نانو کامپوزیت ها: نانوپلیت های گرافن را می توان به مواد مختلف نانوکامپوزیت مانند پلیمرها برای افزایش خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی انها اضافه کرد. Sonicators پروب نوع کمک در یکنواخت پراکنده نانوplatelets در ماتریس پلیمری، در نتیجه بهبود عملکرد مواد.
• الکترودها و باتری ها: نانوپلیت های گرافن در توسعه الکترودهای با کارایی بالا برای باتری ها و ابرخازن ها استفاده می شود. روش فراصوت کمک می کند تا ایجاد مواد الکترود مبتنی بر گرافن به خوبی پراکنده با افزایش سطح، که قابلیت های ذخیره انرژی را بهبود می بخشد.
• کاتالیز: روش فراصوت را می توان مورد استفاده قرار گیرد برای اماده سازی مواد کاتالیزوری بر اساس نانو پلاتلت گرافن. پراکندگی یکنواخت نانوذرات کاتالیزوری بر روی سطح گرافن می تواند فعالیت کاتالیزوری را در واکنش های مختلف افزایش دهد.
• سنسور: نانوپلیت های گرافن را می توان در ساخت سنسورها برای کاربردهای مختلف، از جمله سنجش گاز، حسگر زیستی و نظارت بر محیط زیست استفاده کرد. روش فراصوت تضمین توزیع همگن از نانوplatelets در مواد سنسور، منجر به بهبود حساسیت و عملکرد.
• پوشش ها و فیلم ها: Sonicators پروب نوع استفاده می شود برای اماده سازی پوشش های مبتنی بر نانوپلیت گرافن و فیلم برای برنامه های کاربردی در الکترونیک، هوا فضا، و پوشش های محافظ. پراکندگی یکنواخت و چسبندگی مناسب به بسترها برای این کاربردها بسیار مهم است.
• کاربردهای زیست پزشکی: در کاربردهای زیست پزشکی، نانوپلیت های گرافن می توانند برای تحویل دارو، تصویربرداری و مهندسی بافت استفاده شوند. روش فراصوت کمک می کند تا در اماده سازی نانوذرات مبتنی بر گرافن و کامپوزیت های مورد استفاده در این برنامه های کاربردی.

تصاویر SEM از نانو پلاتلت گرافن در (ب) X3000 و (ج) X8000
(مطالعه و تصاویر: ©علیزاده و همکاران، 1397)

نتایج علمی اثبات شده برای پراکندگی نانوپلیت گرافن التراسونیک

دانشمندان sonicators Hielscher برای سنتز و پراکندگی نانو پلاتلت گرافن در مطالعات متعدد استفاده کرده اند و اثرات امواج فراصوت به شدت تست شده است. در زیر، شما می توانید چند نمونه برای مخلوط کردن موفقیت امیز نانوپلات های گرافن به مخلوط های مختلف مانند دوغاب ابی، رزین های نمایی یا ملات پیدا کنید.
 
یک روش معمول برای پراکندگی قابل اعتماد و سریع نانوپلیت های گرافن، روش زیر است:
برای پراکندگی، نانو صفحات گرافن در استون خالص با استفاده از میکسر اولتراسونیک Hielscher UP400S برای تقریبا یک ساعت به منظور جلوگیری از تراکم ورق گرافن فراصوت داده شد. استون به طور کامل توسط تبخیر حذف شد. سپس نانوپلیت های گرافن در 1 درصد وزنی از سیستم اپوکسی اضافه شدند و به مدت 15 دقیقه در رزین اپوکسی در 90 وات فراصوت داده شدند.
(cf. Cakir و همکاران، 2016)
 
مطالعه دیگری به بررسی تقویت نانوفلوئیدهای مبتنی بر مایع یونی (یونانوفلوئیدها) با اضافه کردن نانوپلات گرافن می شود. برای پراکندگی برتر، مخلوطی از نانوپلیت گرافن، مایع یونی و سدیم دودسیل بنزن سولفونات با استفاده از Hielscher پروب نوع sonicator UP200S برای حدود 90 دقیقه همگن شد.
(cf. علیزاده و همکاران، 2018)

 
Tragazikis et al. (2019) گزارش ترکیب موثر نانو ذرات گرافن به ملات. بنابراین، سوسپانسیون های گرافن ابی با اضافه کردن نانوپلات ها - در وزن های حک شده توسط محتوای هدف مطلوب در مواد حاصل - در مخلوط های اب معمولی و پلاستیسایزر و پس از ان تکان دهنده مغناطیسی به مدت 2 دقیقه تولید شد. تعلیق توسط امواج فراصوت برای 90 دقیقه در دمای اتاق همگن شد، با استفاده از یک دستگاه Hielscher UP400S (Hielscher فرا صوت GmbH) مجهز به 22mm-sonotrode ارائه توان توان 4500 J / min در فرکانس 24 کیلوهرتز. ترکیبی خاص از نرخ انرژی و مدت زمان فراصوت به عنوان بهینه پس از یک بررسی دقیق از اثر پارامترهای امواج فراصوت از کیفیت تعلیق تاسیس شد.
(cf. Tragazikis و همکاران، 2019)
 
Zainal et al. (2018) دولت در تحقیقات خود را که یک روش پراکندگی مناسب مانند فراصوت تضمین می کند که نانومواد مانند نانوپلیتلت گرافن می تواند خواص مواد پر کردن افزایش دهد. این به این دلیل است که پراکندگی یکی از مهمترین عوامل تولید نانوکامپوزیت های با کیفیت بالا مانند ملات اپوکسی است.

Sonicators با کارایی بالا برای پردازش نانوپلیت گرافن

Hielscher فرا صوت رهبر بازار است که ان را به ultrasonicators با کارایی بالا برای پردازش نانومواد می اید. Sonicators پروب نوع Hielscher در سراسر جهان در ازمایشگاه ها و تنظیمات صنعتی برای برنامه های مختلف، از جمله پردازش نانو پلتلت گرافن استفاده می شود.
دولت از هنر فن اوری، ساخت و مهندسی المان و همچنین تجربه فنی طولانی مدت را Hielscher فرا صوت شریک ترجیحی خود را برای نرم افزار اولتراسونیک موفق.

طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخته شده در آلمان

Ultrasonicators Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود شناخته شده است. استحکام و عملیات آسان اجازه می دهد ادغام صاف از مافوق صوت ما را به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط Ultrasonicators Hielscher رسیدگی می شود.

Hielscher Ultrasonics یک شرکت گواهی ایزو و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با عملکرد بالا شامل دولت از هنر فن آوری و کاربر دوستی است. البته، سونوگرافی Hielscher سازگار CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.

جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما: