فن آوری اولتراسوند Hielscher

آماده سازی گرافن التراسونیک

گرافن

گرافن - - که به طور منظم روی هم چیده گرافیت است که از دو ورق بعدی از-SP2 هیبرید، اتم های کربن hexagonally مرتب تشکیل شده است. ورق های اتم نازک گرافن، که گرافیت توسط فعل و انفعالات غیر پیوند تشکیل می دهند، توسط یک منطقه شدید سطح بزرگتر است. گرافن یک قدرت فوق العاده و استحکام در امتداد سطح پایه آن است که با حدود رسد نشان می دهد. 1020 گیگا پاسکال تقریبا ارزش قدرت الماس.
گرافن عنصر ساختاری اساسی برخی فرمهای جمله، علاوه بر گرافیت، همچنین نانولوله های کربنی و فولرین است. مورد استفاده به عنوان افزودنی، گرافن طور چشمگیری می تواند در بارگذاری بسیار کم افزایش الکتریکی، فیزیکی، مکانیکی، و خواص مانع از کامپوزیت های پلیمری. (خو، Suslick 2011)
با خواص آن، گرافن ماده ای از فوق العاده است و از این رو برای صنایع تولید کامپوزیت، پوشش ها یا میکرو الکترونیک امیدوار کننده است. گیم (2009) گرافن را به صورت فوق العاده ای در بند زیر شرح می دهد:
"این باریکترین مواد در جهان است و قویترین اندازه آن است. حامل های شارژ خود را نشان می دهد تحرک ذاتی غول پیکر، کوچکترین توده موثر (آن صفر است) و می تواند فاصله های طول میکرو متر را بدون پراکندگی در دمای اتاق سفر کند. گرافن می تواند تراکم فعلی 6 ترانس بالاتر از مس را حفظ کند، هدایت گرما و سختی را ثبت می کند، برای گازها نفوذ ناپذیر است و کیفیت های متضاد مانند ترد بودن و انعطاف پذیری را هماهنگ می کند. حمل و نقل الکترونی در گرافن با معادله دیراک مانند توصیف شده است، که اجازه می دهد تا بررسی پدیده های کوانتومی نسبیتی در یک آزمایش نیمرخ بالا. "
با توجه به ویژگی های این مواد فوق العاده است، گرافن یکی از مواد بیشتر امیدوار کننده است و می ایستد در کانون توجه پژوهش نانومواد.

Graphene consists in carbon atoms which are arranged in a regular hexagonal pattern. i

با توجه به قدرت مادی برجسته و استحکام، گرافن مواد امیدوار کننده ترین در علم نانو است. © 2010AlexanderAIUS کرییتیو کامنز

درخواست اطلاعات




توجه داشته باشید ما سیاست حفظ حریم خصوصی.


سونوگرافی قدرت بالا

هنگام صاف کردن مایعات در شدت بالا، امواج صوتی که به رسانه مایع انتقال می یابند، منجر به تغییرات چرخه فشار (فشرده سازی) و فشار کم (تقریب) می شود، با نرخ بسته به فرکانس. در طول چرخه کم فشار، امواج اولتراسونیک با شدت بالا، حباب های کوچک یا حفره های کوچک را در مایع ایجاد می کنند. هنگامی که حباب ها حجمی را به دست می آورند که دیگر قادر به جذب انرژی نیستند، در یک چرخه فشار بالا به شدت سقوط می کنند. این پدیده کاویتاسیون است. در طول انفجار، درجه حرارت بسیار بالا (تقریبا 5،000K) و فشار (تقریبا 2000 اتم) به صورت محلی می رسد. انفجار کاویتاسیون حباب در جت مایع سرعت تا 280M / S می شود. (Suslick 1998) کاویتاسیون التراسونیک تولید باعث ایجاد اثرات فیزیکی و شیمیایی است که می تواند به فرآیندهای اعمال می شود.
حفره ناشی از آوا شیمی فراهم می کند تعامل منحصر به فرد بین انرژی و ماده، با نقاط داغ در داخل حباب از ~ 5000 K، فشارهای ~ 1000 بار، گرمایش و سرمایش نرخ >1010K S-1؛ این شرایط فوق العاده ای اجازه دسترسی به طیف وسیعی از فضای واکنش شیمیایی به طور معمول در دسترس نیست، که اجازه می دهد تا برای سنتز طیف گسترده ای از مواد نانوساختار غیر معمول است. (بنگ 2010)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

اولتراسونیک کاویتاسیون در مایع

آماده سازی در حمام اولتراسونیک از گرافن

از آنجایی که ویژگی های فوق العاده گرافیت شناخته شده است، روش های متعددی برای تهیه آن توسعه یافته است. علاوه بر تولید شیمیایی گرافن از اکسید گرافین در فرآیندهای چند مرحلهای، که برای آنها نیاز به اکسید کننده و کاهش دهنده بسیار قوی است. علاوه بر این، گرافین تحت این شرایط شیمیایی خشن نیز اغلب شامل مقدار زیادی نقص حتی پس از کاهش در مقایسه با گرافن به دست آمده از روش های دیگر. با این حال، سونوگرافی یک جایگزین اثبات شده برای تولید گرافن با کیفیت بالا است، همچنین در مقادیر زیادی. محققان روش های کمی متفاوت را با استفاده از سونوگرافی توسعه داده اند، اما به طور کلی تولید گرافن یک فرآیند یک مرحله ای ساده است.
به عنوان مثال از یک مسیر تولید گرافن خاص: گرافیت است که در مخلوطی از اسید رقیق آلی، الکل، و آب اضافه شده، و سپس مخلوط به از امواج فراصوت قرار گرفته است. اسید کار می کند به عنوان یک “گوه مولکولی” که جدا ورق گرافن از گرافیت پدر و مادر. با این روند ساده، مقدار زیادی از سالم، گرافن با کیفیت بالا پراکنده در آب ایجاد می شود. (از گروه القاعده و همکاران 2010).

Hielscher covers the full range from compact lab ultrasonicators to bench-top size and full commercial production size systems.

تجهیزات سونوگرافی، قدرتمند و قابل اعتماد برای برنامه های کاربردی چند برابر، مانند همگن، استخراج، فرآوری مواد نانو، یا آواشیمی.

گرافن مستقیم لایه برداری

سونوگرافی اجازه می دهد تا برای تهیه graphenes در حلال های آلی، سورفاکتانت / راه حل های آب، و یا مایعات یونی. این به این معنی است که استفاده از اکسید کننده های قوی و یا عوامل کاهش می تواند اجتناب شود. Stankovich و همکاران (2007) گرافن با لایه برداری تحت امواج فراصوت تولید شده است.
(؛ زیر به عنوان مثال در شکل 1 نشان داده شده ~ 1 نانومتر است.) تصاویر AFM از اکسید گرافن توسط درمان فراصوت در غلظت 1 میلی گرم کندهشده / میلی لیتر در آب همیشه حضور ورق های با ضخامت یکنواخت را نشان داد. این نمونه خوبی لایهبرداری از اکسید گرافن حاوی هیچ ورق های ضخیم تر و یا هم نازک تر از 1nm، که منجر به یک نتیجه گیری که لایه برداری کامل از اکسید گرافن به ورق اکسید گرافن فرد در واقع تحت این شرایط به دست آمد. (Stankovich و همکاران، 2007)

Hielscher's High Power Ultrasound Devices are the ideal tool to prepare graphene - both in lab scale as well as in full commercial process streams

شکل 1: تصویر AFM از ورق های GO کندهشده با سه پروفایل ارتفاع به دست آورد در مکان های مختلف (Stankovich و همکاران، 2007)

تهیه گرافن

Stengl و همکاران آماده سازی موفق از گرافن خالص در مقادیر زیاد در طی تولید nonstoichiometric nanocomposit TiO2 به گرافن با هیدرولیز حرارتی تعلیق، با نانوصفحات گرافن و تیتانیا peroxo پیچیده نشان داده اند. نانوصفحات گرافن خالص از گرافیت طبیعی استفاده از یک میدان کاویتاسیون با شدت بالا تولید شده توسط پردازنده مافوق صوت Hielscher تولید میشود UIP1000hd در یک راکتور اولتراسونیک با فشار بالا در فشار 5 بار. ورق گرافن به دست آمده، با مساحت سطح ویژه بالا و خواص الکترونیکی منحصر به فرد، می تواند به عنوان یک پشتیبانی خوب مورد استفاده برای TiO2 به به منظور افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی. این گروه تحقیقاتی ادعا می کند که کیفیت گرافن التراسونیک آماده بسیار بالاتر از گرافن به دست آمده با استفاده از روش هامر، که در آن گرافیت ورقه است و اکسید می شود. همان گونه که شرایط فیزیکی در راکتور مافوق صوت می توان دقیقا کنترل و با این فرض که غلظت گرافن عنوان یک نا خالص در محدوده 1 متفاوت خواهد بود – 00.001٪، تولید گرافن در یک سیستم پیوسته در مقیاس تجاری ممکن است.

تهیه شده توسط درمان در حمام اولتراسونیک از اکسید گرافن

اوه و همکاران (2010) با استفاده از امواج فراصوت برای تولید اکسید گرافن (GO) لایه نشان داده اند یک مسیر آماده سازی است. بنابراین، آنها بیست و پنج میلی گرم پودر اکسید گرافن در 200 میلی لیتر آب دیونیزه حالت تعلیق درآمد. توسط تکان دهنده آنها تعلیق قهوه ای ناهمگن دست آمده است. تعلیق نتیجه فراصوت داده شد (30 دقیقه، 1.3 × 105J)، و پس از خشک شدن (در 373 K) اکسید گرافن التراسونیک درمان تولید شد. طیف سنجی FTIR نشان داد که درمان فراصوت را از گروه های کاربردی از اکسید گرافن را تغییر دهید.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

شکل 2: تصویر SEM نانوصفحات گرافن به دست آمده توسط امواج فراصوت (آه و همکاران 2010).

عاملدار از گرافن

ژو و Suslick (2011) یک روش یک مرحله ای مناسب توصیف برای تهیه پلی استایرن عاملدار گرافیت. در مطالعه خود، آنها گرافیت و استایرن به عنوان مواد خام اولیه استفاده می شود. توسط sonicating تکه گرافیت در استایرن (مونومر واکنش)، تابش اولتراسوند منجر به لایه برداری مکانوشیمیایی گرافیت به تک لایه و ورق گرافن چند لایه. به طور همزمان، عاملدار از گرافن با زنجیر پلی استایرن به دست آمده است.
همین فرآیند عاملدار را می توان با دیگر منومر وینیل برای کامپوزیت های بر اساس گرافن انجام شده است.

تهیه نانوروبان

گروه تحقیقاتی Hongjie Dai و همکارانش از دانشگاه استنفورد یک تکنیک برای تهیه نانوروبن را پیدا کردند. نوارهای گرافن نوارهای نازک گرافن هستند که ممکن است ویژگی های مفیدتری از ورق های گرافن داشته باشند. در عرضی حدود 10 نانومتر یا کوچکتر، رفتار روبان گرافن شبیه یک نیمه هادی است، به این دلیل که الکترونها مجبور به حرکت به جلو هستند. به این ترتیب، استفاده از نانوروبن ها با عملکرد نیمه هادی مانند الکترونیک (به عنوان مثال برای تراشه های کوچکتر و سریعتر کامپیوتر) می تواند جالب باشد.
دای و همکاران آماده سازی نانوروبان گرافنی پایگاه در دو مرحله است: مرحله اول، آنها لایه های گرافن از گرافیت توسط عملیات حرارتی 1000ºC برای یک دقیقه در 3٪ هیدروژن در گاز آرگون را سست کرد. سپس، گرافن تا به نوار با استفاده از امواج فراصوت شکسته شد. نانوروبان به دست آمده توسط این روش توسط بسیاری توصیف کرد »نرم و صاف’ لبه از آن ساخته شده با استفاده لیتوگرافی چاپ معمولی است. (جایو و همکاران، 2009)

تهیه Nanoscrolls کربن

Nanoscrolls کربن شبیه نانولوله های کربنی چند دیواره هستند. تفاوت به نانولوله راهنمایی باز و دسترسی کامل از سطوح داخلی به دیگر مولکولها است. آنها را می توان مرطوب شیمیایی توسط intercalating گرافیت با پتاسیم، لایه برداری در آب و sonicating تعلیق کلوئیدی سنتز شده است. (قس Viculis و همکاران 2003) امواج فراصوت کمک اسکرول به بالا از تک گرافن به nanoscrolls کربن (شکل 3). راندمان بالای 80٪ به دست آمده است، که باعث می شود تولید nanoscrolls جالب برای کاربردهای تجاری.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

سنتز سونوگرافی از کربن Nanoscrolls (Viculis و همکاران 2003): Fig.3

گرافن ضسبرسنس

درجه پراکندگی گرافن و اکسید گرافن برای استفاده از پتانسیل کامل گرافن با ویژگی های خاص آن بسیار مهم است. اگر گرافن در شرایط کنترل شده پراکنده نشود، پلییدیزاسیون پراکندگی گرافین می تواند منجر به رفتار غیر قابل پیش بینی یا غیردیادی شود، زیرا این دستگاه در دستگاه قرار می گیرد، زیرا خواص گرافن به عنوان یک عامل از پارامترهای ساختاری آن متفاوت است. Sonication یک روش اثبات شده برای تضعیف نیروهای Interlayer است و امکان کنترل دقیق پارامترهای پردازش مهم را فراهم می کند.
"برای اکسید گرافن (GO)، که معمولا به عنوان ورق تک لایه و پوسته شدن، یکی از چالش های اصلی polydispersity از تغییرات در منطقه جانبی دانههای ناشی می شود. نشان داده شده است که میانگین اندازه جانبی GO را می توان از 400 نانومتر تا 20 میکرومتر با تغییر مواد گرافیت شروع و شرایط فراصوت منتقل شده است. "(سبز و همکاران 2010).
سونوگرافی، دیسپرس (Dispersing) از گرافن و در نتیجه مایع خوب و حتی کلوئیدی در مطالعات مختلف دیگر نشان داده است. (لیو و همکاران 2011 / کودک و همکاران 2011 / چوی و همکاران 2010)
ژانگ و همکاران (2010) نشان داده اند که از استفاده از امواج فراصوت پراکندگی گرافن پایدار با غلظت بالایی از 1 میلی گرم · ML-1 و گرافن نسبتا خالص به دست آورد، و گرافن به عنوان آماده نمایشگاه هدایت الکتریکی بالا از 712 S · متر-1. نتایج حاصل از طیف مادون قرمز تبدیل فوریه تبدیل و رامان بررسی طیف نشان داد که روش آماده سازی مافوق صوت است آسیب کمتری به ساختار شیمیایی و کریستال از گرافن.

کاربردهای بالقوه

کاربرد بیولوژیکی: نمونه ای از آماده سازی گرافن اولتراسونیک و کاربرد بیولوژیکی آن در مطالعه "Synthesis of Nanocomposites Graphene-Gold through Reduction of Sonochemical" توسط Park et al. (2011)، جایی که یک نانو کامپوزیت از نانوذرات گرافن اکسید گرافن (Au) کاهش یافته است، همزمان کاهش یونهای طلای و ذخیره نانوذرات طلا را بر روی سطح کاهش اکسید گرافین همزمان انجام داد. برای تسهیل کاهش یونهای طلای و تولید ویژگی های اکسیژن برای لنگر زدن نانوذرات طلا در کاهش اکسید گرافین، برای مقابله با ترکیبات واکنش دهنده، اشعه ماورای بنفش مورد استفاده قرار گرفت. تولید زیست مولکول های اصلاح شده با پپتید طلایی پتانسیل اشعه ماوراء بنفش از ترکیبات گرافن و گرافن را نشان می دهد. از این رو، اولتراسوند به نظر می رسد یک ابزار مناسب برای آماده سازی دیگر مولکول های بیومتری است.
الکترونیک: گرافن یک ماده بسیار کاربردی برای بخش الکترونیکی است. توسط تحرک بالای حامل های بار در شبکه گرافن، گرافن از بالاترین بهره برای توسعه قطعات الکترونیکی سریع در فرکانس بالا فن آوری است.
سنسور ها: گرافن التراسونیک کندهشده را می توان برای تولید سنسور بسیار حساس و انتخابی تحقیق (که مقاومت سرعت در حال تغییر استفاده >10 000٪ در بخار اتانول اشباع)، و فراخازنها با خازن بسیار بالا خاص (120 F / گرم)، چگالی توان (105 کیلو وات / کیلوگرم)، و چگالی انرژی (9.2 وات / کیلوگرم). (از گروه القاعده و همکاران 2010).
الکل: برای تولید الکل: یک برنامه جانبی ممکن است استفاده از گرافن در تولید الکل، وجود غشای گرافن می توان برای تقطیر الکل و نوشیدنی های الکلی در نتیجه قوی تر.
به عنوان قوی ترین، ترین رسانای الکتریکی و یکی از سبک ترین و انعطاف پذیر ترین مواد، گرافن یک ماده امیدوار کننده برای سلول های خورشیدی، تجزیه، نمایش شفاف و انتشار، رسنترس میکرومکانیکی، ترانزیستورها، به عنوان کاتد در باتری های لیتیوم هوا، برای آشکارسازهای شیمیایی ultrasensitive است ، پوشش رسانا و همچنین استفاده به عنوان افزودنی در ترکیبات است.

تماس با ما / درخواست اطلاعات بیشتر

با ما در مورد فرایند مورد نیاز خود صحبت کنید.





لطفا توجه داشته باشید ما سیاست حفظ حریم خصوصی.


دانلود مقاله کامل به صورت PDF در اینجا:
التراسونیک آماده سازی گرافن کمک

ادبیات / منابع

  • یک X .؛ سیمونز، T؛ شاه، R .؛ ولف، C .؛ لوئیس، K. M .؛ واشنگتن، M .؛ نایاک، S. K؛ Talapatra، S .؛ کار، S. (2010): پایدار آبی ضسبرسنس از Noncovalently عاملدار گرافن از گرافیت و نرم افزار های چند منظوره با عملکرد بالا است. Nano Letters به ​​10/2010. صص 4295-4301.
  • کودک، T. توریم؛ Ramaprabhu، S. (2011): انتقال حرارت همرفتی پیشرفته با استفاده از گرافن پراکنده نانوسیال. نانو نامه تحقیقات 6: 289، 2011.
  • بنگ، J. H .؛ Suslick، K. S. (2010): کاربرد سونوگرافی به سنتز مواد نانوساختار. مواد پیشرفته 22/2010. صص 1039-1059.
  • چوی، E. Y؛ هان، T. H .؛ هنگ، J .؛ کیم، J. E .؛ لی، S. H .؛ کیم، H. W .؛ کیم، S. O. (2010): عاملدار Noncovalent از گرافن با پلیمرهای پایان عملکردی است. مجله مواد شیمی 20 / 2010. صص 1907-1912.
  • جیم، A. K. (2009): گرافن: وضعیت و چشم انداز. علوم 324/2009. صص 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • سبز، علی اکبر؛ Hersam، محمد C. (2010): ظهور روش برای تولید گرافن Monodisperse ضسبرسنس. مجله شیمی فیزیک نامه 2010. صص 544-549.
  • گوا، J .؛ زو، S .؛ چن، Z؛ لی، Y؛ یو، Z؛ لیو، Z؛ لیو، Q؛ لی، J .؛ فنگ، C .؛ ژانگ، D. (2011): سنتز Sonochemical از مقدار TiO (2 نانوذرات بر گرافن برای استفاده به عنوان فتوکاتالیست
  • حسن، K. UL؛ سندبرگ، M. O؛ نور، ای؛ Willander، محمد (2011): تثبیت کننده پلی تعلیق گرافن. نانو نامه تحقیقات 6: 493، 2011.
  • لیو، X .؛ پان، L؛ بطن چپ، T؛ زو، G؛ لو، T؛ یکشنبه، Z؛ یکشنبه، C. (2011): سنتز-مایکروویو کمک کامپوزیت اکسید گرافن-TiO2 به کاهش برای کاهش فتوکاتالیستی کروم (VI). RSC پیشرفت 2011.
  • Malig، J .؛ انگلرت، J. M .؛ هیرش، A .؛ Guldi، D. M. (2011): مرطوب شیمی گرافن. الکتروشیمیایی جامعه رابط، بهار 2011. ص 53-56.
  • اوه، دبلیو کانال؛ چن، M. L؛ ژانگ، K؛ ژانگ، فاطمه J .؛ جنگ، دبلیو K. (2010): اثر حرارتی و سونوگرافی درمان در تشکیل نانوصفحات گرافن اکسید. مجله کره ای فیزیکی جامعه 4/56، 2010. صص 1097-1102.
  • Sametband، M .؛ Shimanovich، U؛ Gedanken، A. (2012): میکروسفرهای اکسید گرافن تهیه شده توسط یک، یک مرحله روش امواج فراصوت ساده است. جدید مجله شیمی 36/2012. صص 36-39.
  • Savoskin، M. V؛ Mochalin، V. N .؛ ها Yaroshenko، A. P .؛ لازاروا، N. من؛ Konstanitinova، T. E .؛ Baruskov، I. V؛ پروکوفیف، I. G. (2007): nanoscrolls کربن تولید شده از پذیرنده نوع ترکیبات گرافیت کبیسه را. کربن 45/2007. صص 2797-2800.
  • Stankovich، S .؛ Dikin، D. A .؛ Piner، رضا D .؛ Kohlhaas، K. A .؛ Kleinhammes، A .؛ جیا، Y؛ وو، Y؛ نگوین، S. T؛ Ruoff، رضا S. (2007): سنتز نانوصفحات مبتنی بر گرافن از طریق کاهش شیمیایی از اکسید گرافیت ورقه. کربن 45/2007. صص 1558-1565.
  • Stengl، V؛ Popelková، D .؛ Vlácil، P. (2011): نانوذرات TiO2 گرافن نانوکامپوزیت فوتوکاتالیست عملکرد به عنوان بالا. در: مجله شیمی فیزیک C 115/2011. صص 25209-25218.
  • Suslick، K. S. (1998): دایره المعارف کرک روش othmer از تکنولوژی شیمیایی؛ 4 اد. J. ویلی & پسران: نیویورک، سال 1998، جلد. 26، صص 517-541.
  • Viculis، L. M .؛ مک، J. J .؛ Kaner، رضا B. (2003): یک مسیر شیمیایی برای کربن Nanoscrolls. علم، 299/1361؛ 2003.
  • خو، H .؛ Suslick، K. S. (2011): Sonochemical تهیه عاملدار Graphenes. در: مجله انجمن شیمی آمریکا 133/2011. صص 9148-9151.
  • ژانگ، W .؛ او، W .؛ جینگ، X. (2010): تهیه گرافن پراکندگی پایدار با غلظت بالا توسط سونوگرافی. مجله شیمی فیزیک B 32/114، 2010. صص 10368-10373.
  • جایو، L؛ ژانگ، L؛ وانگ، X .؛ Diankov، G؛ دای، H. (2009): نانوروبان گرافنی چسبان از نانولوله های کربنی. طبیعت 458 / 2009. صص 877-880.
  • پارک، G؛ لی، K. G؛ لی، S. J .؛ پارک، T. J .؛ از Wi، R .؛ کیم، D. H. (2011): سنتز گرافن طلا نانوکامپوزیت از طریق کاهش Sonochemical. مجله علوم و فناوری نانو 7/11، 2011. صص 6095-6101.
  • ژانگ، RQ؛ دكتر سكار، ع. (2011): مطالعات نظري در مورد فرمولاسيون، تنظيم ملك و جذب بخشهاي گرافن. در: M. Sergey (ed.): فیزیک و کاربرد گرافن - نظریه. InTech 2011. pp. 3-28.