لایه برداری گرافن مبتنی بر آب
لایه برداری مافوق صوت 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 ورق های گرافن را در یک درمان کوتاه دلامین می کند. اجتناب از حلال ها لایه برداری گرافن را در یک فرایند سبز و پایدار تبدیل می کند.
تولید گرافن از طریق لایه برداری فاز مایع
گرافن از طریق لایه برداری فاز مایع به اصطلاح به صورت تجاری ساخته می شود. لایه برداری فاز مایع گرافن نیاز به استفاده از حلال های سمی، مضر زیست محیطی، و گران قیمت دارد که به عنوان پیش تصفیه شیمیایی یا در ترکیب به/با یک تکنیک پراکنده مکانیکی استفاده می شود. برای پراکنده شدن مکانیکی ورق های گرافن، فراصوت به عنوان تکنیک بسیار قابل اعتماد، کارآمد و امن برای تولید ورق های گرافن با کیفیت بالا در مقادیر زیادی در سطح کاملا صنعتی ایجاد شده است. از آنجا که استفاده از حلال های خشن همیشه با هزینه ها، آلودگی ها، حذف و دفع پیچیده همراه است، نگرانی های ایمنی و همچنین بار زیست محیطی، یک جایگزین غیر سمی و امن تر به طور قابل توجهی سودمند است. لایه برداری گرافن با استفاده از آب به عنوان حلال و سونوگرافی قدرت برای delamination مکانیکی از چند لایه ورق گرافن است بنابراین یک تکنیک بسیار امیدوار کننده برای ساخت گرافن سبز است.
حلال های معمول، که اغلب به عنوان فاز مایع برای پراکنده کردن نانو ورق های گرافن استفاده می شود، شامل دی متیل سولفوکسید (DMSO)، N،N-dimethylformamide (DMF)، N-متیل-2-پیرولیدون (NMP)، تترامتیل اوره (TMU)، تتراهیدروفوران (THF)، پروپیلن کربنات استون (PC)، اتانول، و فرمآمید.
به عنوان یک تکنیک در حال حاضر بلند مدت تاسیس شده برای لایه برداری گرافن در مقیاس تجاری، فراصوت را قادر می سازد برای تولید گرافن با کیفیت بالا از خلوص بالا با هزینه کم است. از آنجا که لایه برداری گرافن مافوق صوت را می توان به طور کامل خطی مقیاس به هر حجم، عملکرد تولید دانه های گرافن با کیفیت بالا را می توان به راحتی برای تولید انبوه گرافن پیاده سازی شده است.
این UIP2000hdT 2kW قدرتمند پراکنده مافوق صوت برای لایه برداری گرافن و پراکنده است.
لایه برداری مافوق صوت گرافن در آب
Tyurnina و همکاران (2020) بررسی اثرات دامنه و شدت فراصوت بر محلول های خالص آب گرافیت و لایه برداری گرافین حاصل. در مطالعه، آنها از یک هایلشر استفاده کردند UP200S (200W، 24kHz). لایه برداری مافوق صوت با استفاده از آب به عنوان یک فرایند گام واحد برای چند لایه دلامین گرافن اعمال شد. درمان کوتاه 2h برای تولید گرافن چند لایه در راه اندازی فراصوت منقار باز کافی بود.
دنباله با سرعت بالا (از a تا f) از قاب نشان دهنده لایه برداری سونو مکانیکی از یک پولک گرافیت در آب با استفاده از UP200s، سونوگرافی 24 کیلوهرتز با sonotrode 3 میلی متر است. پیکان ها محل شکافت (لایه برداری) را با حباب های حفره ای که به انشعاب نفوذ می کنند نشان می دهند.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
بهینه سازی لایه برداری گرافن مافوق صوت
راه اندازی مافوق صوت استفاده شده توسط Tyurnina و همکاران (2020) را می توان به راحتی برای بهره وری بیشتر و لایه برداری سریع تر با استفاده از یک راکتور مافوق صوت بسته در حالت جریان را از طریق بهینه سازی. درمان خط مافوق صوت اجازه می دهد تا برای درمان به طور قابل توجهی یکنواخت تر مافوق صوت از تمام مواد اولیه گرافیت: تغذیه گرافیت / محلول آب به طور مستقیم به فضای محصور از حفره مافوق صوت, تمام گرافیت می شود یکنواخت فراصوت و در نتیجه عملکرد بالا از دانه های گرافن با کیفیت بالا.
سیستم های اولتراسونیک Hielscher اجازه می دهد برای کنترل دقیق بر تمام پارامترهای پردازش مهم مانند دامنه، زمان / حفظ و نگهداری، ورودی انرژی (Ws / میلی لیتر)، فشار، و درجه حرارت. تنظیم پارامترهای مافوق صوت مطلوب منجر به بالاترین عملکرد، کیفیت و کارایی کلی است.
چگونه امواج فراصوت ترویج لایه برداری گرافن
هنگامی که امواج سونوگرافی با قدرت بالا به دوغاب پودر گرافیت و آب یا هر حلالی همراه می شوند، نیروهای سونومکانیکی مانند بریانی بالا، اغتشاشات شدید و دیال های فشار و دما بالا شرایط شدید انرژی را ایجاد می کنند. این شرایط شدید انرژی حاصل پدیده حفره صوتی است. اطلاعات بیشتر در مورد حفره مافوق صوت در اینجا!
سونوگرافی قدرت شروع به گسترش پودر گرافیت می کند، چرا که مایعات بین لایه های گرافن فشرده می شوند که گرافیت از آن تشکیل شده است. نیروهای براری مافوق صوت تک ورق های گرافن را از بین می برند و آن ها را به عنوان پولک های گرافن در محلول پراکنده می کنند. برای به دست آوردن پایداری طولانی مدت گرافن در آب به یک سورفکتانت نیاز است.
Mechnism از لایه برداری فاز مایع مافوق صوت از لایه برداری گرافن.
Study and picture by Tyurnina et al., 2021.
سونوگرافی با عملکرد بالا برای لایه برداری گرافن
ویژگی های هوشمند از ultrasonicators Hielscher طراحی شده اند برای تضمین عملیات قابل اعتماد, نتایج قابل تکثیر و کاربر دوستی. تنظیمات عملیاتی را می توان به راحتی از طریق منوی شهودی دسترسی و شماره گیری کرد، که می تواند از طریق صفحه نمایش لمسی رنگ دیجیتال و کنترل از راه دور مرورگر قابل دسترسی باشد. 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 شوند. این اجازه می دهد تا شما را به تجدید نظر و مقایسه اجرا می شود فراصوت قبلی و برای بهینه سازی فرایند لایه برداری گرافن به بالاترین بهره وری.
سیستم های اولتراسونیک Hielscher در سراسر جهان برای ساخت ورق گرافن با کیفیت بالا و اکسید گرافن استفاده می شود. Hielscher صنعتی ultrasonicators به راحتی می تواند دامنه های بالا در عمل مداوم اجرا (24/7/365). دامنه تا 200μm را می توان به راحتی به طور مداوم با sonotrodes استاندارد تولید (پروب مافوق صوت / شاخ و cascatrodesTm). حتی برای دامنه های بالاتر، sonotrodes مافوق صوت سفارشی در دسترس هستند. با توجه به استحکام و تعمیر و نگهداری پایین، سیستم های لایه برداری مافوق صوت ما معمولا برای برنامه های کاربردی وظیفه سنگین و در محیط های خواستار نصب شده است.
پردازنده های مافوق صوت Hielscher برای لایه برداری گرافن در حال حاضر در سراسر جهان در مقیاس تجاری نصب شده است. تماس با ما در حال حاضر به بحث در مورد روند ساخت گرافن خود را! کارکنان با تجربه ما خوشحال خواهد شد برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات بیشتر در مورد فرایند لایه برداری، سیستم های مافوق صوت و قیمت گذاری!
جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما:
| دسته ای دوره | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500ML | 10 تا پوست 200ml / دقیقه | UP100H |
| 10 به 2000mL | 20 تا 400ML / دقیقه | UP200Ht، UP400St |
| 00.1 به 20L | 00.2 به 4L / دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L / دقیقه | UIP4000hdT |
| خب | 10 تا 100L / min و | UIP16000 |
| خب | بزرگتر | خوشه UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
Hielscher مافوق صوت تولید هموژنایزر مافوق صوت با عملکرد بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکنده، تقلید و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی است.
ادبیات/منابع
- 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.
آمار ارزشمند دانستن
گرافن
گرافن تک لایه از SP استH2Sاتم های کربن -bonded. گرافن ارائه می دهد ویژگی های مواد منحصر به فرد مانند سطح ویژه بزرگ فوق العاده (2620 مترH2Sگرم-1)، خواص مکانیکی برتر با مدول یانگ از 1 TPA و قدرت ذاتی 130 گیگا پاسکال، رسانایی الکترونیکی بسیار بالا (در دمای اتاق تحرک الکترون 2.5 × 105 سانتی مترH2S وحيد-1بازدید کنندگان-1)، هدایت حرارتی بسیار بالا (بالای 3000 W متر K-1)، به نام خواص مهم ترین. با توجه به خواص مواد برتر آن، گرافن به شدت در توسعه و تولید از باتری با کارایی بالا، سلولهای سوختی، سلول های خورشیدی، ابرخازن، ذخیره سازی هیدروژن، سپر الکترومغناطیسی و دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود. علاوه بر این، گرافن را به بسیاری از نانوکامپوزیت و مواد کامپوزیت به عنوان تقویت افزودنی، به عنوان مثال، گنجانیده شده در پلیمرها، سرامیک و ماتریس های فلزی. با توجه به هدایت آن بالا، گرافن یک جزء مهم از رنگ رسانا و جوهر است.
سریع و امن آماده سازی مافوق صوت از گرافن بدون نقص در حجم زیادی در هزینه های پایین اجازه می دهد تا برای گسترش برنامه های کاربردی از گرافن به صنایع بیشتر و بیشتر.
گرافن یک لایه کربن ضخیم یک اتم است که می تواند به عنوان ساختار یک لایه یا 2D گرافن (گرافن تک لایه = SLG) توصیف شود. گرافن دارای یک سطح خاص فوق العاده بزرگ و ویژگی های مکانیکی برتر (مدول یانگ 1 TPa و قدرت ذاتی 130 GPa)، هدایت الکتریکی و حرارتی عالی، تحرک حامل شارژ، شفافیت، و غیر قابل نفوذ به گاز است. با توجه به این ویژگی های مواد، گرافن به عنوان افزودنی تقویت کننده برای تولید مواد کامپوزیتی، قدرت، هدایت و غیره استفاده می شود. به منظور ترکیب ویژگی های گرافن با سایر مواد، گرافن باید به عنوان یک پوشش نازک پوشش داده شود بر روی بستر.
مافوق صوت با کارایی بالا! محدوده محصول Hielscher را پوشش می دهد طیف کامل از سونوگرافی آزمایشگاه جمع و جور بیش از نیمکت بالا واحد به سیستم های مافوق صوت تمام صنعتی.