Hielscher Ultrasonics
Keskustelemme mielellämme prosessistasi.
Soita meille: +49 3328 437-420
Lähetä meille sähköpostia: info@hielscher.com

Veteen dispergoituvan grafeenin ultraäänikuorinta

  • Yksi- ja kaksikerroksisia grafeenin nanosheettejä voidaan tuottaa nopeasti ultraäänikuorinnalla, jolla on suuri läpäisykyky ja edulliset kustannukset.
  • Ultraäänellä kuorittu grafeeni voidaan funktionalisoida biopolymeereillä veteen dispergoituvan grafeenin saamiseksi.
  • Ultraäänikavitaatiolla syntetisoitu grafeeni voidaan edelleen käsitellä stabiiliksi vesipohjaiseksi dispersioksi.

Korkealaatuisen grafeenin ultraäänikuorinta

Ultrasonication on luotettava menetelmä grafeenikerrosten (mono-, bi- ja muutaman kerroksen grafeeni) tuottamiseksi grafiittihiutaleista tai hiukkasista. Vaikka muut yleiset kuorintatekniikat, kuten pallo- ja rullamyllyt tai korkean leikkaussekoittimet, liittyvät huonoon laatuun ja aggressiivisten reagenssien ja liuottimien käyttöön, ultraäänikuorintamenetelmä vakuuttaa korkealaatuisella tuotoksellaan, korkealla prosessikapasiteetillaan ja lievillä käsittelyolosuhteillaan.
Ultraäänikavitaatio luo voimakkaita leikkausvoimia, jotka erottavat pinotut grafiittikerrokset mono-, bi- ja harvoiksi kerroksiksi virheetöntä grafeenia.

Veteen dispergoituvat grafeenilevyt sonikoinnin kautta

Sonikaatio ultraäänianturilla on tehokas menetelmä yksikerroksisten grafeenin nanoarkkien kuorimiseksi ja hajottamiseksi tasaisesti. Ultraäänifunktionalisointi mahdollistaa veteen dispergoituvan grafeenin tuottamisen.Ultrasonication on tehokas menetelmä, jolla on toistettavia tuloksia hiilinanoputkien purkamiseksi vedessä tai orgaanisissa liuottimissa. [/caption] Normaaleissa olosuhteissa grafeeni on tuskin dispergoituva veteen ja muodostaa aggregaatteja ja agglomeraatteja, kun se dispergoidaan vesipitoiseen väliaineeseen. Koska vesijärjestelmillä on merkittäviä etuja, koska ne ovat edullisia, myrkyttömiä, ympäristöystävällisiä, vesipohjaiset grafeenijärjestelmät ovat erittäin houkuttelevia grafeenin valmistajille ja jatkojalostusteollisuudelle.
Veteen dispergoituvien grafeenin nanoarkkien saamiseksi ultraäänellä kuorittu grafeeni modifioidaan polysakkarideilla / biopolymeereillä, kuten pullulaani, kitosaani, alginaatti, gelatiini tai arabikumi.

Etuja:

  • korkealaatuinen grafeeni
  • korkea saanto
  • Vesipohjainen dispersio
  • korkea pitoisuus
  • korkea hyötysuhde
  • Nopea prosessi
  • Edullisia
  • korkea suorituskyky
  • ympäristöystävällinen

Tietopyyntö







7kW ultraäänidispergointijärjestelmä grafeenin inline-tuotantoon (Klikkaa suuremmaksi!)

Ultraäänireaktori, jossa on koetintyyppiset ultraäänilaitteet teollisen mittakaavan grafeenin kuorintaan

Grafiitin suoran kuorinnan protokolla ultraäänellä

Ioniton pullulaani ja anioninen alginaatti (1,0 g) liuotettiin erikseen 20 ml:aan tislattua vettä, kun taas kationinen kitosaani (0,4 g) liuotettiin 20 ml:aan tislattua vettä 1 paino-% etikkahappoon. Grafiittijauhe dispergoitiin biopolymeerin vesiliuoksiin ja käsiteltiin koetintyyppisellä ultraäänilaitteella UP200S (suurin teho 200 W, taajuus 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Saksa), joka oli varustettu titaanisonotrodilla (mikrokärki S3, kärjen halkaisija 3 mm, suurin amplitudi 210μm, akustinen tehotiheys tai pinnan intensiteetti 460 W cm-2) seuraavissa olosuhteissa: 0,5 sykliä ja 50% amplitudi, 10, 20, 30 ja 60 minuutin ajan. Parhaat tulokset saatiin 30 minuutin sonikaatiolla. Sonikaatiota käytettiin 16, 25 W: n teholla 30 minuutin ajan, ja energiankulutus (energiantuotanto tilavuusyksikköä kohti) oli 731 Ws ml-1.
Tämän jälkeen seoksia sentrifugoitiin nopeudella 1500 rpm 60 minuutin ajan kuorimattomien grafiittihiukkasten poistamiseksi ja pestiin sitten 5 kertaa ja sentrifugoitiin uudelleen nopeudella 5000 rpm 20 minuutin ajan ylimääräisten biopolymeerien poistamiseksi. Tuloksena olevat tummanharmaat liuokset tyhjiökuivattiin 40 ºC:ssa, kunnes massahäviötä ei tapahtunut. Saadut polymeeri-grafeenijauheet dispergoidaan uudelleen veteen (1 mg ml-1 pullulaanille ja kitosaanille; 0,18 mg ml-1 alginaatille) karakterisointia varten. Pullulan-, alginaatti- ja kitosaaniavusteisella ultraäänellä saadut grafeenilevyt ilmoitettiin vastaavasti veto-G: ksi, alg-G: ksi ja chit-G: ksi.
Kolmesta järjestelmästä pullulaani ja kitosaani olivat tehokkaampia grafiitin kuorinnassa kuin alginaatti. Tämä menetelmä tuotti kuorittuja mono-, bi- ja muutaman kerroksen grafeenilevyjä, joissa oli vain pieniä sivuttaisia (reunoja) vikoja. Biopolymeerien adsorptio grafeenin pinnalle tarjoaa vesidispersion pitkäaikaisen stabiilisuuden (yli 6 kuukautta).
(vrt. Unalan ym. 2015)

Ultraäänigrafeenin kuorinta vedessä

Nopea kehyssarja (a:sta f:ään), joka kuvaa grafiittihiutaleen sonomekaanista kuorintaa vedessä käyttämällä UP200S: ää, 200 W: n ultraäänilaitetta, jossa on 3 mm: n sonotrode. Nuolet osoittavat halkaisupaikan (kuorinnan) kavitaatiokuplien tunkeutuessa halkeamaan.
(tutkimus ja kuvat: © Tyurnina et al. 2020

2015 antaa erinomaisia tuloksia veteen dispergoituvien grafeenin nanoarkkien ultraäänivalmistuksessa. Ultraäänikuorintaan käytettiin Hielscher UP200S -anturi-ultraäänilaitetta. www.hielscher.com

TEM-kuvat pull-G:stä: a) 10 min; b) 20 minuuttia; c) 30 minuuttia; d) 60 minuuttia; e) chit-G 30 minuutin ajan; f) alg-G 30 minuutin ajan (Unalan et al. 2015)

Ultrasonicators for Graphene Exfoliation

Teollinen ultraäänilaite UIP6000hdT tuottaa 6000 wattia korkean intensiteetin ultraääntä koettimen (sonotrode) kautta homogenointi-, dispersio-, emulgointi- ja uuttosovelluksiin.Hielscherin suuritehoisia ultraääniprosessoreita käytetään maailmanlaajuisesti grafiitin ja grafeenin onnistuneeseen kuorintaan ja dispersioon. Ultraäänidispergointilaitteemme ovat saatavilla laboratoriosta ja penkistä täydellisiin teollisiin tuotantoyksiköihin. Kestävyyden, 24/7 toiminnan ja vähäisen huollon lisäksi Hielscher-ultraääniastiat vakuuttavat käsittelyn helppoudella ja lineaarisella skaalautuvuudella.
Prosesseja voidaan helposti testata ja optimoida laboratoriossa. Tämän jälkeen kaikki prosessin tulokset voidaan skaalata täysin lineaarisesti kaupalliselle tuotantotasolle. Tämä tekee sonikaatiosta tehokkaan ja tehokkaan tuotantomenetelmän korkealaatuisten grafeenilevyjen suurelle määrälle.
Hielscher Ultrasonics teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Sopivat ultraäänireaktorit takaavat korkealaatuisten grafeenin nanoarkkien luotettavan ja turvallisen massatuotannon sekä stabiilit nanosheet-dispersiot.

Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Erän tilavuus Virtausnopeus Suositellut laitteet
10 - 2000ml 20–400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 - 20L 0.2–4 l/min UIP2000hdT
10-100L 2 - 10L / min UIP4000
n.a. 10-100L / min UIP16000
n.a. suurempi klusteri UIP16000

Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!

Kysy lisää

Käytä alla olevaa lomaketta pyytääksesi lisätietoja ultraäänidispergointilaitteista nanosheet-kuorintaan, grafeeniin liittyviin sovelluksiin, teknisiin yksityiskohtiin ja hintoihin. Keskustelemme mielellämme grafeenin tuotantoprosessistasi kanssasi ja tarjoamme sinulle vaatimukset täyttävän ultraäänilaitteen!












Intensiivinen ultraäänianturi (sonotrode) on erittäin tehokas menetelmä grafeenin nanolevyjen delaminoimiseksi ja kuorimiseksi.

2D-nanoarkkien ultraäänikuorinnan mekanismi.
(tutkimus ja grafiikka: Tyurnina et ai., 2020)



Faktoja, jotka kannattaa tietää

grafeeni

Grafeeni-arkki Grafeeni on yksikerroksinen sp2-sidotut hiiliatomit. Grafeeni tarjoaa ainutlaatuisia materiaaliominaisuuksia, kuten poikkeuksellisen suuren ominaispinta-alan (2620 m2g-1), erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, joiden Youngin moduuli on 1 TPa ja luontainen lujuus 130 GPa, erittäin korkea elektroninen johtavuus (elektronien liikkuvuus huoneenlämpötilassa 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), erittäin korkea lämmönjohtavuus (yli 3000 W m K-1), tärkeimmät ominaisuudet mainitakseni. Erinomaisten materiaaliominaisuuksiensa vuoksi grafeenia käytetään voimakkaasti korkean suorituskyvyn akkujen, polttokennojen, aurinkokennojen, superkondensaattorin, vetyvarastojen, sähkömagneettisten kilpien ja elektronisten laitteiden kehittämisessä ja tuotannossa. Lisäksi grafeeni sisältyy moniin nanokomposiitteihin ja komposiittimateriaaleihin vahvistavana lisäaineena, esimerkiksi polymeereissä, keramiikassa ja metallimatriiseissa. Korkean johtavuutensa vuoksi grafeeni on tärkeä osa johtavia maaleja ja musteita.
Nopea ja turvallinen Viattoman grafeenin ultraäänivalmistus Suurilla määrillä alhaisilla kustannuksilla mahdollistaa grafeenin sovellusten laajentamisen yhä useammille teollisuudenaloille.

Kirjallisuus/viitteet


Tehokas ultraääni! Hielscherin tuotevalikoima kattaa koko spektrin kompaktista laboratorion ultraäänilaitteesta pöytäyksiköiden yli täysin teollisiin ultraäänijärjestelmiin.

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita laboratorio jotta Teollisuuden koko.

Keskustelemme mielellämme prosessistasi.

Otetaan yhteyttä.