لایه برداری گرافن مبتنی بر آب
لایه برداری اولتراسونیک اجازه می دهد تا برای تولید گرافن چند لایه بدون استفاده از حلال های خشن با استفاده از آب خالص تنها. فراصوت با قدرت بالا ورقه های گرافن را در یک درمان کوتاه کاهش می دهد. اجتناب از حلال ها لایه برداری گرافن را در یک فرآیند سبز و پایدار تبدیل می کند.
تولید گرافن از طریق لایه برداری فاز مایع
گرافن به صورت تجاری از طریق لایه برداری فاز مایع تولید می شود. لایه برداری فاز مایع گرافن مستلزم استفاده از حلال های سمی، مضر برای محیط زیست و گران قیمت است که به عنوان پیش تصفیه شیمیایی یا در ترکیب با/با تکنیک پراکندگی مکانیکی استفاده می شود. برای پراکندگی مکانیکی ورق های گرافن، فراصوت به عنوان یک روش بسیار قابل اعتماد، کارآمد و ایمن برای تولید ورق های گرافن با کیفیت بالا در مقادیر زیاد در سطح کاملا صنعتی ایجاد شده است. از آنجایی که استفاده از حلال های خشن همیشه با هزینه، آلودگی، حذف و دفع پیچیده، نگرانی های ایمنی و همچنین بار زیست محیطی همراه است، یک جایگزین غیر سمی و ایمن تر به طور قابل توجهی سودمند است. لایه برداری گرافن با استفاده از آب به عنوان حلال و اولتراسوند قدرت برای لایه شدن مکانیکی ورق های گرافن چند لایه یک تکنیک بسیار امیدوارکننده برای تولید گرافن سبز است.
حلال های رایج که اغلب به عنوان فاز مایع برای پراکندگی نانوصفحات گرافن استفاده می شوند، شامل دی متیل سولفوکساید (DMSO)، N، N-دی متیل فرمامید (DMF)، N-متیل-2-پیرولیدون (NMP)، تترامتیل اوره (TMU)، تتراهیدروفوران (THF)، پروپیلن کربناستون (PC)، اتانول و فرماامید هستند.
به عنوان یک تکنیک در حال حاضر طولانی مدت برای لایه برداری گرافن در مقیاس تجاری، فراصوت را قادر می سازد برای تولید گرافن با کیفیت بالا با خلوص بالا در هزینه کم. همانطور که لایه برداری گرافن اولتراسونیک را می توان به طور کامل خطی به هر حجمی مقیاس بندی کرد، عملکرد تولید پوسته های گرافن با کیفیت بالا را می توان به راحتی برای تولید انبوه گرافن اجرا کرد.
لایه برداری اولتراسونیک گرافن در آب
Tyurnina و همکاران (2020) اثرات دامنه و شدت فراصوت بر روی محلول های گرافیت آب خالص و لایه برداری گرافن حاصل از آن را بررسی کردند. در این مطالعه، آنها از Hielscher UP200S (200W، 24kHz) استفاده کردند. لایه برداری اولتراسونیک با استفاده از آب به عنوان یک فرایند تک مرحله ای برای لایه برداری گرافن استفاده شد. یک درمان کوتاه 2 ساعت برای تولید گرافن چند لایه در یک تنظیم فراصوت لیوان باز کافی بود.
بهینه سازی لایه برداری گرافن اولتراسونیک
تنظیمات اولتراسونیک مورد استفاده توسط Tyurnina و همکاران (2020) را می توان به راحتی برای کارایی بیشتر و لایه برداری سریعتر با استفاده از یک راکتور اولتراسونیک بسته در حالت جریان بهینه کرد. درمان درون خطی اولتراسونیک اجازه می دهد تا برای یک درمان مافوق صوت به طور قابل توجهی یکنواخت تر از تمام مواد اولیه گرافیت: تغذیه راه حل گرافیت / آب به طور مستقیم به فضای محدود حفره اولتراسونیک ، تمام گرافیت یکنواخت فراصوت می شود و در نتیجه عملکرد بالایی از پوسته های گرافن با کیفیت بالا.
سیستم های مافوق صوت Hielscher اجازه می دهد برای کنترل دقیق بر تمام پارامترهای پردازش مهم مانند دامنه، زمان / نگهداری، ورودی انرژی (Ws / میلی لیتر)، فشار، و دما. تنظیم پارامترهای اولتراسونیک بهینه منجر به بالاترین عملکرد، کیفیت و راندمان کلی می شود.
چگونه سونوگرافی ترویج لایه برداری گرافن
هنگامی که امواج اولتراسوند با قدرت بالا به دوغاب پودر گرافیت و آب یا هر حلال متصل می شوند، نیروهای سونومکانیکی مانند تلاطم های برشی بالا، شدید و اختلاف فشار و دما بالا شرایط انرژی فشرده را ایجاد می کنند. این شرایط انرژی شدید نتیجه پدیده کاویتاسیون صوتی است.
اطلاعات بیشتر در مورد حفره اولتراسونیک در اینجا!
سونوگرافی قدرت گسترش پودر گرافیت را آغاز می کند، زیرا مایعات بین لایه های گرافن فشرده می شوند که گرافیت از آنها تشکیل شده است. نیروهای برشی اولتراسونیک ورقه های منفرد گرافن را از بین می برند و آنها را به عنوان پوسته های گرافن در محلول پراکنده می کنند. برای به دست آوردن پایداری طولانی مدت گرافن در آب، یک سورفکتانت مورد نیاز است.
اولتراسونیک با کارایی بالا برای لایه برداری گرافن
ویژگی های هوشمند از اولتراسونیک Hielscher طراحی شده اند برای تضمین عملیات قابل اعتماد، نتایج تکرارپذیر و کاربر پسند. تنظیمات عملیاتی را می توان به راحتی از طریق منوی بصری که از طریق نمایشگر لمسی رنگی دیجیتال و کنترل از راه دور مرورگر قابل دسترسی است، قابل دسترسی است. بنابراین، تمام شرایط پردازش مانند انرژی خالص، انرژی کل، دامنه، زمان، فشار و دما به طور خودکار بر روی یک کارت SD داخلی ثبت می شود. این اجازه می دهد تا شما را به تجدید نظر و مقایسه اجرای فراصوت قبلی و بهینه سازی فرایند لایه برداری گرافن به بالاترین بهره وری.
سیستم های مافوق صوت Hielscher در سراسر جهان برای تولید ورق گرافن با کیفیت بالا و اکسیدهای گرافن استفاده می شود. مافوق صوت صنعتی Hielscher به راحتی می تواند دامنه های بالا در عملیات مداوم اجرا (24/7/365). دامنه تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم با سونوترودهای استاندارد (پروب ها / شاخ های اولتراسونیک و CascatrodesTm). برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند. با توجه به استحکام و نگهداری کم ، سیستم های لایه برداری اولتراسونیک ما معمولا برای کاربردهای سنگین و در محیط های خواستار نصب می شوند.
پردازنده های مافوق صوت Hielscher برای لایه برداری گرافن در حال حاضر در سراسر جهان در مقیاس تجاری نصب شده است. اکنون با ما تماس بگیرید تا در مورد فرآیند تولید گرافن خود صحبت کنید! کارکنان با تجربه ما خوشحال خواهند شد که اطلاعات بیشتری را در مورد فرآیند لایه برداری، سیستم های اولتراسونیک و قیمت گذاری به اشتراک بگذارند!
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
حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
---|---|---|
1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
ادبیات / منابع
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
گرافن چیست؟
گرافن تک لایه ای از sp استH2S-اتم های کربن پیوندی. گرافن ویژگی های منحصر به فردی از مواد مانند سطح خاص فوق العاده بزرگ (2620 متر) را ارائه می دهدH2Sg-1)، خواص مکانیکی برتر با مدول یانگ 1 TPa و استحکام ذاتی 130 گیگاپاسکال، رسانایی الکترونیکی بسیار بالا (تحرک الکترون در دمای اتاق 2.5 × 105 سانتی مترH2S V-1s-1، هدایت حرارتی بسیار بالا (بالاتر از 3000 W m K-1)، برای نام بردن از مهمترین املاک. گرافن به دلیل خواص مواد برتر، به شدت در توسعه و تولید باتری های با کارایی بالا، پیل های سوختی، سلول های خورشیدی، ابرخازن، ذخیره های هیدروژن، سپرهای الکترومغناطیسی و دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود. علاوه بر این، گرافن در بسیاری از نانوکامپوزیت ها و مواد کامپوزیتی به عنوان افزودنی تقویت کننده، به عنوان مثال در پلیمرها، سرامیک ها و ماتریس های فلزی گنجانده شده است. گرافن به دلیل رسانایی بالا، جزء مهمی از رنگ ها و جوهرهای رسانا است.
آماده سازی اولتراسونیک سریع و ایمن گرافن بدون نقص در حجم زیاد با هزینه های کم اجازه می دهد تا برای گسترش کاربردهای گرافن به صنایع بیشتر و بیشتر.
گرافن یک لایه کربن به ضخامت یک اتم است که می توان آن را به عنوان یک ساختار تک لایه یا دو بعدی گرافن توصیف کرد (گرافن تک لایه = SLG). گرافن دارای سطح ویژه فوق العاده بزرگ و خواص مکانیکی برتر (مدول یانگ 1 TPa و استحکام ذاتی 130 GPa) است، رسانایی الکترونیکی و حرارتی عالی، تحرک حامل بار، شفافیت را ارائه می دهد و در برابر گازها نفوذ ناپذیر است. با توجه به این ویژگی های مواد، گرافن به عنوان افزودنی تقویت کننده استفاده می شود تا به کامپوزیت ها استحکام، رسانایی و غیره بدهد. به منظور ترکیب ویژگی های گرافن با سایر مواد، گرافن باید در ترکیب پراکنده شود یا به عنوان یک پوشش لایه نازک بر روی یک بستر اعمال شود.