اکسید گرافن – لایه برداری و پراکندگی اولتراسونیک
لایه برداری اولتراسونیک یک تکنیک به طور گسترده ای مورد استفاده برای تولید اکسید گرافن با شکستن اکسید گرافیت به نازک، تک یا چند لایه ورق گرافن است. فراصوت Hielscher ایجاد حفره صوتی شدید، که در آن امواج مافوق صوت انرژی متراکم تولید microbubbles با انرژی بالا در یک محیط مایع. این حباب های در حال فروپاشی نیروهای برشی ایجاد می کنند که لایه های اکسید گرافیت را جدا می کند و به طور موثر آنها را به نانوصفحات اکسید گرافن لایه برداری می کند. از مافوق صوت با کارایی بالا استفاده کنید تا برنامه مبتنی بر اکسید گرافن خود را به سطح بالاتری برسانید!
لایه برداری اولتراسونیک از گرافن اکسید
اکسید گرافن محلول در آب ، آمفیفیلیک ، غیر سمی ، زیست تخریب پذیر است و به راحتی در کلوئیدهای پایدار پراکنده می شود. لایه برداری و پراکندگی اولتراسونیک یک روش بسیار کارآمد ، سریع و مقرون به صرفه برای سنتز ، پراکنده کردن و عملکرد اکسید گرافن در مقیاس صنعتی است. در پردازش پایین دستی، پراکنده کننده های اولتراسونیک کامپوزیت های گرافین اکسید پلیمر با کارایی بالا را تولید می کنند.
مزایای لایه برداری اولتراسونیک
لایه برداری اولتراسونیک مزایای متعددی از جمله سادگی، مقیاس پذیری و سازگاری با محیط زیست را ارائه می دهد، زیرا به طور معمول به مواد شیمیایی خشن یا پردازش پیچیده نیاز ندارد. علاوه بر این، کنترل دقیق اندازه و ضخامت نانوصفحات اکسید گرافن را امکان پذیر می کند که برای تنظیم خواص آنها در کاربردهای مختلف بسیار مهم است.
سونیکاتور صنعتی UIP16000hdT برای لایه برداری اکسید گرافن در توان عملیاتی بالا
پروتکل: لایه برداری اولتراسونیک از اکسید گرافن
به منظور کنترل اندازه نانوصفحات گرافن اکسید (GO)، روش لایه برداری نقش کلیدی را ایفا می کند. با توجه به پارامترهای فرآیند دقیق قابل کنترل آن، لایه برداری مافوق صوت روش لایه لایه برداری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد برای تولید گرافن با کیفیت بالا و اکسید گرافن است.
برای لایه برداری اولتراسونیک اکسید گرافن از اکسید گرافیت پروتکل های مختلفی در دسترس هستند. یک پروتکل نمونه برای لایه برداری اکسید گرافن اولتراسونیک در زیر پیدا کنید:
پودر اکسید گرافیت در KOH آبی با مقدار pH 10 مخلوط می شود. برای لایه برداری و پراکندگی پس از آن، اولتراسونیک نوع پروب UP200St (200W) استفاده می شود. پس از آن، یون های K+ به صفحه پایه گرافن متصل می شوند تا فرآیند پیری را القا کنند. پیری تحت تبخیر چرخشی (2 ساعت) حاصل می شود. به منظور از بین بردن یون های K+ بیش از حد، پودر بارها شسته و سانتریفیوژ می شود.
مخلوط به دست آمده سانتریفیوژ شده و یخ زده می شود ، به طوری که یک پودر گرافن اکسید قابل پخش رسوب می کند.
تهیه خمیر گرافن اکسید رسانا: پودر اکسید گرافن را می توان در دی متیل فرماماید (DMF) تحت فراصوت به منظور تولید خمیر رسانا پراکنده کرد. (هان و همکاران 2014)
مکانیسم لایه برداری اکسید گرافن اولتراسونیک
(عکس: پاتس و همکاران 2011)
عملکردهای التراسونیک از گرافن اکسید
فراصوت با موفقیت برای ترکیب اکسید گرافن (GO) در پلیمرها و کامپوزیت ها استفاده می شود.
نمونه:
- کامپوزیت میکروسفر گرافن اکسید-TiO2
- کامپوزیت پلی استایرن-مگنتیت-گرافن اکسید (ساختار هسته-پوسته)
- کامپوزیت های اکسید گرافن کاهش یافته توسط پلی استایرن
- پلی استایرن/اکسید گرافن با روکش نانوالیاف پلی آنیلین (PANI-PS/GO) کامپوزیت پوسته هسته ای
- اکسید گرافن بین پلی استایرن
- P-فنیلن دی آمین-4وینیل بنزن-پلی استایرن گرافن اکسید اصلاح شده
Ultrasonicator UP400St برای تهیه پراکندگی نانوپلاکتی گرافن
کاربردهای گرافن اکسید تولید شده توسط لایه برداری اولتراسونیک
اکسید گرافن تولید شده از طریق لایه برداری اولتراسونیک کاربردهای گسترده ای در زمینه های مختلف دارد. در الکترونیک ، در فیلم ها و سنسورهای رسانای انعطاف پذیر استفاده می شود. در ذخیره انرژی، عملکرد باتری ها و ابرخازن ها را افزایش می دهد. خواص ضد باکتریایی اکسید گرافن آن را در کاربردهای زیست پزشکی ارزشمند می کند، در حالی که سطح بالا و گروه های عملکردی آن در کاتالیز و اصلاح محیط زیست سودمند هستند. به طور کلی، لایه برداری اولتراسونیک تسهیل تولید کارآمد اکسید گرافن با کیفیت بالا برای استفاده در فن آوری های لبه پیشرفته.
فراصوت برای پردازش گرافن و گرافن اکسید
Hielscher مافوق صوت ارائه می دهد سیستم های اولتراسونیک با قدرت بالا برای لایه برداری, پراکنده, و پردازش گرافن و اکسید گرافن. پردازنده های اولتراسونیک قابل اعتماد و راکتورهای پیچیده کنترل دقیقی را ارائه می دهند و تنظیم فرآیندهای اولتراسونیک را به اهداف مورد نظر امکان پذیر می کنند.
یکی از پارامترهای مهم دامنه اولتراسونیک است که انبساط ارتعاشی و انقباض پروب اولتراسونیک را تعیین می کند. مافوق صوت صنعتی Hielscher ارائه دامنه بالا، تا 200μm، به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا می شود. برای دامنه های حتی بالاتر ، پروب های اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. همه پردازنده ها را می توان دقیقا با شرایط پردازش تنظیم کرد و از طریق نرم افزار داخلی نظارت کرد و از قابلیت اطمینان، کیفیت ثابت و نتایج قابل تکرار اطمینان حاصل کرد.
فراصوت Hielscher قوی هستند و می توانند به طور مداوم در محیط های سنگین کار کنند، و فراصوت تکنولوژی تولید ترجیحی برای گرافن در مقیاس بزرگ، اکسید گرافن، و آماده سازی مواد گرافیتی.
طیف گسترده ای از محصولات فراصوت و لوازم جانبی، از جمله sonotrodes و راکتورها با اندازه ها و هندسه های مختلف، اجازه می دهد تا انتخاب شرایط و عوامل واکنش مطلوب، مانند معرف ها، ورودی انرژی مافوق صوت، فشار، دما و سرعت جریان، برای رسیدن به بالاترین کیفیت. راکتورهای مافوق صوت Hielscher را حتی می توانید تا چند صد barg تحت فشار، امکان فراصوت از خمیرهای بسیار چسبناک با ویسکوزیته بیش از 250،000 سانتی پویز را قادر می سازد.
لایه لایه شدن التراسونیک و لایه برداری با توجه به این عوامل از تکنیک های مرسوم برتری دارند.
- قدرت بالا
- نیروهای برشی بالا
- فشارهای بالا قابل اجرا است
- کنترل دقیق
- مقیاس پذیری بدون درز (خطی)
- دسته ای و پیوسته
- نتایج قابل تکرار
- قابلیت اطمینان
- نیرومندی
- بهره وری انرژی بالا
سیستم اولتراسونیک برای لایه برداری اکسید گرافن
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد سنتز گرافن مافوق صوت، پراکندگی و عملکرد، لطفا اینجا را کلیک کنید:
- تولید گرافن
- نانوپلاکت های گرافن
- لایه برداری گرافن مبتنی بر آب
- گرافن قابل پراکندگی در آب
- اکسید گرافن
- زنس
حقایقی که ارزش دانستن دارند
سونوگرافی و کاویتاسیون: گرافیت چگونه با استفاده از فراصوت به گرافن اکسید لایه برداری می شود؟
لایه برداری مافوق صوت اکسید گرافیت (GrO) بر اساس نیروی برشی بالا ناشی از حفره صوتی است. کاویتاسیون صوتی به دلیل چرخه های متناوب فشار بالا / فشار کم ایجاد می شود که با اتصال امواج اولتراسوند قدرتمند در یک مایع ایجاد می شود. در طول چرخه های کم فشار حفره های بسیار کوچک یا حباب های خلاء رخ می دهند که در چرخه های متناوب فشار پایین رشد می کنند. هنگامی که حباب های خلاء به اندازه ای می رسند که نمی توانند انرژی بیشتری را جذب کنند، در طول یک چرخه فشار بالا به شدت فرو می ریزند. انفجار حباب منجر به نیروهای برشی حفره ای و امواج تنش، دمای شدید تا 6000K، نرخ خنک کننده شدید بالای 10 می شود.10K/s، فشارهای بسیار بالا تا 2000atm، دیفرانسیل فشار شدید و همچنین جت های مایع با حداکثر 1000 کیلومتر در ساعت (∼280 متر بر ثانیه).
این نیروهای شدید بر پشته های گرافیتی تأثیر می گذارد که به نانوصفحات اکسید گرافن تک لایه یا چند لایه و گرافن بکر تقسیم می شوند.
گرافن اکسید چیست؟
گرافن اکسید (GO) با لایه برداری گرافیت اکسید (GrO) سنتز می شود. در حالی که اکسید گرافیت یک ماده سه بعدی است که از میلیون ها لایه لایه گرافن با اکسیژن های بین المللی تشکیل شده است، اکسید گرافن یک گرافن تک لایه یا چند لایه است که از هر دو طرف اکسیژن می شود.
اکسید گرافن و گرافن در ویژگی های زیر با یکدیگر متفاوت هستند: اکسید گرافن قطبی است، در حالی که گرافن غیر قطبی است. اکسید گرافن آب دوست است، در حالی که گرافن آبگریز است.
این بدان معناست که اکسید گرافن محلول در آب، آمفیفیلیک، غیر سمی، زیست تخریب پذیر است و سوسپانسیون های کلوئیدی پایدار را تشکیل می دهد. سطح اکسید گرافن حاوی گروه های اپوکسی، هیدروکسیل و کربوکسیل است که برای تعامل با کاتیون ها و آنیون ها در دسترس هستند. کامپوزیت های GO-پلیمر به دلیل ساختار هیبریدی آلی-معدنی منحصر به فرد و خواص استثنایی خود، پتانسیل بالایی را برای کاربردهای صنعتی چندگانه ارائه می دهند. (تولاس و همکاران 2014)
گرافن اکسید احیا شده چیست؟
اکسید گرافن کاهش یافته (rGO) با کاهش اولتراسونیک، شیمیایی یا حرارتی اکسید گرافن تولید می شود. در طی مرحله احیا، بیشتر عملکردهای اکسیژن گرافن اکسید حذف می شوند به طوری که اکسید گرافن احیا شده (rGO) حاصل دارای ویژگی های بسیار مشابهی با گرافن بکر است. با این حال، اکسید گرافن کاهش یافته (rGO) به عنوان گرافن خالص بدون نقص و بکر نیست.
ادبیات/منابع
- 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.