Veteen dispergoituva Graphene-ultraäänikuore
- Mono- ja kaksikerroksiset grafene-nanosheet voidaan tuottaa nopeasti ultraäänikuoren avulla, jolla on suuri läpäisykyky ja edullinen.
- Ultrasonically exfoliated graphene voidaan funktionalisoida biopolymeerien kanssa, jotta saadaan veteen dispergoituva grafeni.
- Ultrassa kavitaatiolla syntetisoitu grafeenia voidaan edelleen käsitellä stabiiliksi vesipohjaiseksi dispersioksi.
Korkealaatuisen grafieenin ultraäänipinnoitus
Ultrasonication on luotettava menetelmä grafie- nikerrosten (mono-, bi- ja monikerroksisen grafeenin) tuottamiseksi grafiittihiukkasista tai hiukkasista. Vaikka muut yhteiset hilseilytekniikat, kuten kuula- ja rullamyllyt tai suuritehoiset sekoittimet, liittyvät huonolaatuiseen ja agressiivisten reagenssien ja liuottimien käyttöön, ultraäänikuorenpuristusmenetelmä uskoo sen korkealaatuisesta tuotannosta, suuresta prosessikapasiteetista ja lievistä käsittelyolosuhteista.
Ultraääni kavitaatio luo voimakkaita leikkausvoimia, jotka erottavat pinotut grafiittikerrokset yksivaiheiseksi, kaksinkertaiseksi ja harvoiksi kerroksiksi virheettömästä grafeenista.
Veteen dispergoituvat grafi- teelevyt
Normaaleissa olosuhteissa grafeenit ovat tuskin dispergoituvia veteen ja muodostavat aggregaatteja ja agglomeraatteja, kun ne dispergoidaan vesipitoiseen väliaineeseen. Koska vesipitoisilla järjestelmillä on merkittäviä etuja edullisten, myrkyttömien, ympäristöystävällisten, vesipohjaisten grafeenijärjestelmien kannalta, ne ovat erittäin houkuttelevia grafeenivalmistajille ja jatkojalostusteollisuudelle.
Jotta saadaan veteen dispergoituvia grafeeni nanohakeja, ultrasonisesti kuorittu grafeni muunnetaan polysakkarideilla / biopolymeereillä, kuten pullulaanilla, kitosaanilla, alginaatilla, gelatiinilla tai arabikumilla.
- korkealaatuista grafeenia
- korkea tuotto
- vesipohjainen dispersio
- korkea pitoisuus
- korkea hyötysuhde
- nopea prosessi
- halpa
- suuren suoritustehon
- ympäristöystävällinen
Ultraäänijärjestelmä grabenin kuorintaan
Grafiitin suoran viilenemisen pöytäkirja
Ionittomia pullulaania ja anionista alginaattia (1,0 g) liuotettiin erikseen 20 ml: aan tislattua vettä (DI), kun taas kationista kitosaania (0,4 g) liuotettiin 20 ml: aan DI: a, jossa oli 1 paino-% etikkahappoa. Grafiittijauhe dispergoitiin vesipitoisiin biopolymeeriliuoksiin ja käsiteltiin käyttäen ultraääniprosessori UP200S (maksimiteho 200 W, taajuus 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Saksa), jossa on kartiotitanttitaitotyyppi (malli mikro kärki S3, kärjen halkaisija 3 mm, suurin amplitudi 210 μm, akustinen tehosuhde tai pinta-intensiteetti 460 W cm-2) seuraavissa olosuhteissa: 0,5 sykli ja 50% amplitudi, vastaavasti 10, 20, 30 ja 60 min. Parhaat tulokset saatiin 30 minuutin sonikaatiolla. Sonikaatiota käytettiin 16,25 W: n teholla 30 minuutin ajan, kun energiankulutus (energian tuotos yksikkötilavuutta kohti) oli 731 Ws ml-1.
Tämän jälkeen seoksia sentrifugoitiin nopeudella 1500 rpm 60 minuutin ajan epäluottomien grafiittihiukkasten poistamiseksi ja pestiin sitten 5 kertaa ja sentrifugoitiin uudelleen 5000 rpm: llä 20 minuutin ajan ylimääräisten biopolymeerien poistamiseksi. Tuloksena olevat tummanharmaat liuokset tyhjökuivattiin 40 ° C: ssa, kunnes massahäviöitä ei saatu. Saadut polymeeri-grafeenipulverit redispersoitiin veteen (1 mg ml-1 pullulaanille ja kitosaanille; 0,18 mg ml-1 alginaatti) karakterisointia varten. Pullulaani-, alginaatti- ja kitosaanin avusteisella ultraäänikäsittelyllä saadut grafie- fiililevyt osoitettiin pull-G, alg-G ja chit-G vastaavasti.
Kolmesta järjestelmästä pullulaani ja kitosaani olivat tehokkaampia grafiitin kuorinnassa kuin alginaatilla. Tällä menetelmällä saatiin exfoliated mono-, bi- ja few-layer graphene -arkeja, joilla oli vain pienet lateraaliset (reunat) puutteet. Biopolymeerien adsorptiota grafeenipinnalla antaa pitkäaikaisen stabiilisuuden (yli 6 kuukautta) vesidispersion.
(Unalan ym. 2015)
TEM-vedon G-kuvat: (a) 10 min; b) 20 min; c) 30 min; d) 60 min; (e) chit-G 30 minuutin ajan; (f) alg-G 30 minuutin ajan. (Unalan ym. 2015)
Ultraäänijärjestelmät
Hielscherin suuritehoisia ultraääniprosessoreita käytetään maailmanlaajuisesti grafiitin ja grafeenin onnistuneeseen kuorintaan ja leviämiseen. Ultrasuodatinjärjestelmämme ovat saatavilla laboratorioilta ja penkereiltä aina teollisiin tuotantoyksiköihin asti. Sen lisäksi, että kestävyys, 24/7 käyttö ja alhainen huoltotoiminta, Hielscherin ultraäänilaitteet vakuuttavat helppokäyttöisyydellä ja lineaarisella skaalautuvuudella.
Prosessit voidaan helposti testata ja optimoida laboratoriossa. Jälkeenpäin kaikki prosessitulokset voidaan skaalata täysin lineaarisesti kaupallisen tuotannon tasolla. Tämä tekee sonikoinnista tehokkaan ja tehokkaan tuotantomenetelmän korkealaatuisten grafeenilevyjen suurelle määrälle.
Hielscher Ultrasonics’ teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. 200 μm: n suuruisia amplitudeja voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7. Jopa entistä suurempia amplitudeita varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänitutkimuksia. Vastaavat ultraäänireaktorit takaavat luotettavan ja turvallisen massatuotannon laadukkaiden graphene nanosheets -laitteiden.
Hielscher n ultraääni suuritehoisia homogenointilaitteet ovat käytettävissä minkä tahansa prosessin mittakaavassa – Lab tuotantoon.
Hielscherin ultraäänilaitteiston kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskas ja vaativissa ympäristöissä.
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| erätilavuus | Virtausnopeus | Suositeltavat laitteet |
|---|---|---|
| 10 - 2000 ml | 20 - 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 - 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 - 100 litraa | 2 - 10 l / min | UIP4000 |
| n.a | 10 - 100 l / min | UIP16000 |
| n.a | suuremmat | klusterin UIP16000 |
Kirjallisuus / Viitteet
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysakkaridiavusteinen grafiittihiutaleiden nopea kuorinta korkealaatuisiksi veteen dispergoituvaksi grafeenilevyksi. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
Tosiasiat, jotka kannattaa tietää
grafeeni
Graphene on yksikerroksinen sp2sitoutuneita hiiliatomeja. Graphene tarjoaa ainutlaatuisia materiaaliominaisuuksia, kuten poikkeuksellisen suuren spesifisen pinta-alan (2620 m2g-1), erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, joiden Youngin modulus on 1 TPa ja lujuusluokka 130 GPa, erittäin korkea sähköinen johtavuus (huoneenlämpötilaelektroninen liikkuvuus 2,5 x 105 cm2 V-1s-1), erittäin korkea lämmönjohtavuus (yli 3000 W m K-1), nimeämään tärkeimmät ominaisuudet. Kehittyneiden materiaaliominaisuuksien ansiosta grafienia käytetään voimakkaasti tehokkaiden akkujen, polttokennojen, aurinkokennoiden, supervarastotornin, vetysäiliöiden, sähkömagneettisten kilpien ja elektronisten laitteiden kehittämisessä ja tuotannossa. Lisäksi grafeni on sisällytetty useisiin nanokomposiitteihin ja komposiittimateriaaleihin vahvistavana lisäaineena, esim. Polymeereissä, keramiikoissa ja metallimatriiseissa. Korkean johtavuuden ansiosta grafeni on tärkeä osa johtavia maaleja ja musteita.
Nopea ja turvallinen virheettömän grafeenin ultraäänimitta suurilla määrillä alhaisilla kustannuksilla voidaan laajentaa grafene-sovelluksia yhä useammalle alalle.