Hielscher Ultrasonics
Keskustelemme mielellämme prosessistasi.
Soita meille: +49 3328 437-420
Lähetä meille sähköpostia: [email protected]

Ultraäänigrafeenin tuotanto

Grafeenin ultraäänisynteesi grafiitin kuorinnan kautta on luotettavin ja edullisin menetelmä korkealaatuisten grafeenilevyjen tuottamiseksi teollisessa mittakaavassa. Hielscherin korkean suorituskyvyn ultraääniprosessorit ovat tarkasti hallittavissa ja voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit 24/7 toiminnassa. Tämä mahdollistaa suurten määrien turmeltumattoman grafeenin valmistamisen helposti ja kooltaan säädettävällä tavalla.

Grafeenin ultraäänivalmistus

Grafeeni-arkkiKoska grafiitin poikkeukselliset ominaisuudet tunnetaan, on kehitetty useita menetelmiä sen valmistamiseksi. Grafeenioksidista peräisin olevien grafeenien kemiallisen tuotannon lisäksi monivaiheisissa prosesseissa, joihin tarvitaan erittäin vahvoja hapettavia ja pelkistäviä aineita. Lisäksi näissä ankarissa kemiallisissa olosuhteissa valmistettu grafeeni sisältää usein suuren määrän vikoja jopa pelkistyksen jälkeen verrattuna muilla menetelmillä saatuihin grafeeneihin. Ultraääni on kuitenkin todistettu vaihtoehto korkealaatuisen grafeenin tuottamiseksi myös suurina määrinä. Tutkijat ovat kehittäneet hieman erilaisia tapoja ultraäänellä, mutta yleensä grafeenin tuotanto on yksinkertainen yksivaiheinen prosessi.

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

Tietopyyntö



UIP2000hdT - 2kW ultraäänilaite nesteen käsittelyyn.

UIP2000hdT – 2kW tehokas ultraäänilaite grafeenin kuorintaan

Ultraäänigrafeenin kuorinnan edut

Hielscher-koetintyyppiset ultraäänilaitteet ja reaktorit muuttavat grafeenin kuorinnan erittäin tehokkaaksi prosessiksi, jota käytetään grafeenin tuottamiseen grafiitista voimakkaiden ultraääniaaltojen avulla. Tämä tekniikka tarjoaa useita etuja verrattuna muihin grafeenin valmistusmenetelmiin. Ultraäänigrafeenin kuorinnan tärkeimmät edut ovat seuraavat:

  • Korkea hyötysuhde: Grafeenin kuorinta koetintyyppisellä ultraäänellä on erittäin tehokas menetelmä grafeenin tuotantoon. Se voi tuottaa suuria määriä korkealaatuista grafeenia lyhyessä ajassa.
  • Edullisia: Teollisen grafeenin tuotannossa ultraäänikuorintaan tarvittavat laitteet ovat suhteellisen edullisia verrattuna muihin grafeenin valmistusmenetelmiin, kuten kemialliseen höyrykerrostukseen (CVD) ja mekaaniseen kuorintaan.
  • Skaalautuvuus: Kuoriva grafeeni ultrasonicatorin kautta voidaan helposti skaalata grafeenin laajamittaiseen tuotantoon. Grafeenin ultraäänikuorinta ja dispersio voidaan suorittaa sekä erässä että jatkuvassa inline-prosessissa. Tämä tekee siitä toteuttamiskelpoisen vaihtoehdon teollisen mittakaavan sovelluksiin.
  • Grafeenin ominaisuuksien hallinta: Grafeenin kuorinta ja delaminointi koetintyyppisellä ultraäänellä mahdollistaa tuotetun grafeenin ominaisuuksien tarkan hallinnan. Tämä sisältää sen koon, paksuuden ja kerrosten lukumäärän.
  • Minimaalinen ympäristövaikutus: Grafeenin kuorinta ultraäänellä todistettu on vihreä grafeenin tuotantomenetelmä, koska sitä voidaan käyttää myrkyttömien, ympäristöystävällisten liuottimien, kuten veden tai etanolin, kanssa. Tämä tarkoittaa, että ultraäänigrafeenin delaminaatio mahdollistaa kovien kemikaalien tai korkeiden lämpötilojen käytön välttämisen tai vähentämisen. Tämä tekee siitä ympäristöystävällisen vaihtoehdon muille grafeenin tuotantomenetelmille.

Kaiken kaikkiaan grafeenin kuorinta Hielscher-koetintyyppisillä ultraäänilaitteilla ja reaktoreilla tarjoaa kustannustehokkaan, skaalautuvan ja ympäristöystävällisen grafeenin tuotantomenetelmän, jossa tuloksena olevan materiaalin ominaisuuksia hallitaan tarkasti.

Esimerkki grafeenin yksinkertaisesta tuotannosta sonikaatiolla

Grafiitti lisätään laimennetun orgaanisen hapon, alkoholin ja veden seokseen, ja sitten seos altistetaan ultraäänisäteilylle. Happo toimii “molekyylinen kiila” joka erottaa grafeenilevyt vanhemmasta grafiitista. Tällä yksinkertaisella prosessilla syntyy suuri määrä vahingoittumatonta, korkealaatuista grafeenia, joka on dispergoitu veteen. (An ym. 2010)
 

Video näyttää grafiitin ultraäänisekoituksen ja dispergoinnin 250 ml: ssa epoksihartsia (Toolcraft L) käyttäen ultraäänihomogenisaattoria (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics valmistaa laitteita grafiitin, grafeenin, hiili-nanoputkien, nanolankojen tai täyteaineiden hajottamiseksi laboratoriossa tai suurikokoisissa tuotantoprosesseissa. Tyypillisiä sovelluksia ovat nanomateriaalien ja mikromateriaalien dispergointi funktionalisointiprosessin aikana tai dispergointiin hartseiksi tai polymeereiksi.

Sekoita epoksihartsi grafiittitäyteaineen kanssa ultraäänihomogenisaattorilla UP400St (400 wattia)

Videon pikkukuva

 

Virheettömiä muutaman kerroksen pinottuja grafeenin nanoverihiutaleita tuotetaan sonikaatiolla

Korkean resoluution lähetyselektronimikroskooppikuvat grafeenin nanolevyistä saatu
ultraäänellä avustetun vesifaasidispersion ja Hummer-menetelmän avulla.
(Tutkimus ja grafiikka: Ghanem ja Rehim, 2018)

 
Jos haluat lisätietoja ultraäänigrafeenin synteesistä, dispersiosta ja funktionalisoinnista, napsauta tätä:

 

Grafeenin suora kuorinta

Ultraääni mahdollistaa grafeenien valmistuksen orgaanisissa liuottimissa, pinta-aktiivisissa aineissa / vesiliuoksissa tai ionisissa nesteissä. Tämä tarkoittaa, että voimakkaiden hapettavien tai pelkistävien aineiden käyttöä voidaan välttää. (2007) tuotti grafeenia kuorimalla ultraäänellä.
AFM-kuvat grafeenioksidista, joka on kuorittu ultraäänikäsittelyllä pitoisuuksina 1 mg / ml vedessä, paljastivat aina tasapaksuisten levyjen läsnäolon (~ 1 nm; esimerkki on esitetty alla olevassa kuvassa). Nämä hyvin kuoritut grafeenioksidinäytteet eivät sisältäneet paksumpia tai ohuempia kuin 1 nm: n levyjä, mikä johti johtopäätökseen, että grafeenioksidin täydellinen kuorinta yksittäisiin grafeenioksidilevyihin saavutettiin todellakin näissä olosuhteissa. (Stankovich ym. 2007)

Hielscherin suuritehoiset ultraäänianturit ja reaktorit ovat ihanteellinen työkalu grafeenin valmistamiseksi - sekä laboratoriomittakaavassa että täysin kaupallisissa prosessivirroissa

AFM-kuva kuorituista GO-levyistä, joissa on kolme korkeusprofiilia, jotka on hankittu eri paikoista
(kuva ja tutkimus: ©Stankovich et al., 2007)

Grafeenilevyjen valmistus

ovat osoittaneet puhtaiden grafeenilevyjen onnistuneen valmistuksen suurina määrinä ei-stoikiometrisen TiO2-grafeenin nanokomposiitin valmistuksen aikana suspension lämpöhydrolyysillä grafeenin nanosheeteillä ja titania peroxo -kompleksilla. Puhtaat grafeenin nanosheetit valmistettiin luonnollisesta grafiitista käyttämällä Hielscherin ultraääniprosessorin UIP1000hd tuottamaa korkean intensiteetin kavitaatiokenttää paineistetussa ultraäänireaktorissa 5 barissa. Saatuja grafeenilevyjä, joilla on suuri ominaispinta-ala ja ainutlaatuiset elektroniset ominaisuudet, voidaan käyttää hyvänä tukena TiO2: lle fotokatalyyttisen aktiivisuuden parantamiseksi. Tutkimusryhmä väittää, että ultraäänellä valmistetun grafeenin laatu on paljon korkeampi kuin Hummerin menetelmällä saatu grafeeni, jossa grafiitti kuoritaan ja hapetetaan. Koska ultraäänireaktorin fysikaalisia olosuhteita voidaan valvoa tarkasti ja olettaen, että grafeenin pitoisuus seostuksena vaihtelee alueella 1 – 0.001%, grafeenin tuotanto jatkuvassa järjestelmässä kaupallisessa mittakaavassa on helppo asentaa. Teolliset ultraäänilaitteet ja inline-reaktorit korkealaatuisen grafeenin tehokkaaseen kuorintaan ovat helposti saatavilla.

Ultraäänireaktori grafeenin kuorintaan.

Ultraäänireaktori grafeenin kuorintaan ja dispersioon.

Grafeenioksidin valmistus ultraäänikäsittelyllä

(2010) ovat osoittaneet valmistusreitin, jossa käytetään ultraäänisäteilytystä grafeenioksidikerrosten (GO) tuottamiseksi. Siksi ne suspendoivat kaksikymmentäviisi milligrammaa grafeenioksidijauhetta 200 ml: aan deionisoitua vettä. Sekoittamalla saatiin epähomogeeninen ruskea suspensio. Tuloksena olevat suspensiot sonikoitiin (30 min, 1,3 × 105J) ja kuivauksen jälkeen (373 K: ssa) tuotettiin ultraäänellä käsitelty grafeenioksidi. FTIR-spektroskopia osoitti, että ultraäänikäsittely ei muuttanut grafeenioksidin funktionaalisia ryhmiä.

Ultraäänellä kuoritut grafeenioksidinanosheetit

SEM-kuva grafeenin koskemattomista nanosheeteistä, jotka on saatu ultraäänellä (Oh et ai., 2010)

Grafeenilevyjen funktionalisointi

Xu ja Suslick (2011) kuvaavat kätevän yksivaiheisen menetelmän polystyreenifunktionalisoidun grafiitin valmistamiseksi. Tutkimuksessaan he käyttivät grafiittihiutaleita ja styreeniä perusraaka-aineena. Sonikoimalla grafiittihiutaleet styreenissä (reaktiivinen monomeeri), ultraäänisäteilytys johti grafiittihiutaleiden mekanokemialliseen kuorintaan yksikerroksisiksi ja muutaman kerroksen grafeenilevyiksi. Samanaikaisesti grafeenilevyjen funktionalisointi polystyreeniketjujen kanssa on saavutettu.
Sama funktionalisointiprosessi voidaan suorittaa muiden vinyylimonomeerien kanssa grafeeniin perustuville komposiitteille.

Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat ovat luotettavia ja erittäin tehokkaita koskemattomien grafeenin nanoarkkien kuorinta jatkuvassa inline-tuotannossa.

Teollisuustehon ultraäänijärjestelmä teolliseen grafeenin kuorintaan.

Tietopyyntö



Grafeenin dispersiot

Grafeenin ja grafeenioksidin dispersioaste on erittäin tärkeä grafeenin täyden potentiaalin käyttämiseksi sen erityisominaisuuksilla. Jos grafeeni ei dispergoidu kontrolloiduissa olosuhteissa, grafeenin dispersion polydispersio voi johtaa arvaamattomaan tai epäihanteelliseen käyttäytymiseen, kun se sisällytetään laitteisiin, koska grafeenin ominaisuudet vaihtelevat sen rakenteellisten parametrien funktiona. Sonikaatio on todistettu hoito kerrosten välisten voimien heikentämiseksi ja mahdollistaa tärkeiden käsittelyparametrien tarkan hallinnan.
"Grafeenioksidille (GO), joka tyypillisesti kuoritaan yksikerroksisina levyinä, yksi suurimmista polydispersiteettihaasteista johtuu hiutaleiden sivualueen vaihteluista. On osoitettu, että GO: n keskimääräinen sivuttaiskoko voidaan siirtää 400 nm: stä 20 μm: iin muuttamalla grafiitin lähtöainetta ja sonikaatio-olosuhteita. (Green ym. 2010)
Grafeenin ultraäänidispergointi, joka johtaa hienoihin ja jopa kolloidisiin lietteisiin, on osoitettu useissa muissa tutkimuksissa. (Liu ym. 2011/ Baby ym. 2011/ Choi ym. 2010)
(2010) ovat osoittaneet, että ultrasonicationin avulla saavutetaan stabiili grafeenidispersio, jonka pitoisuus on korkea 1 mg·ml−1 ja suhteellisen puhtaat grafeenilevyt, ja valmistetuilla grafeenilevyillä on korkea sähkönjohtavuus 712 S ·m−1. Fourier-muunnettujen infrapunaspektrien ja Raman-spektritutkimuksen tulokset osoittivat, että ultraäänivalmistusmenetelmällä on vähemmän vaurioita grafeenin kemiallisille ja kiderakenteille.

Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat grafeenin kuorintaan

Tehokas ultraäänilaite UIP4000hdT teollisiin sovelluksiin. Suuritehoista ultraäänijärjestelmää UIP4000hdT käytetään grafeenin jatkuvaan inline-kuorintaan. Korkealaatuisten grafeenin nanolevyjen valmistukseen tarvitaan luotettavia korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita. Amplitudi, paine ja lämpötila ovat olennaisia parametreja, jotka ovat ratkaisevia toistettavuuden ja tasaisen tuotteen laadun kannalta. Hielscherin ultraääni’ Ultraääniprosessorit ovat tehokkaita ja tarkasti hallittavia järjestelmiä, jotka mahdollistavat prosessiparametrien tarkan asettamisen ja jatkuvan suuritehoisen ultraäänilähdön. 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. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Asiakkaamme ovat tyytyväisiä Hielscher Ultrasonics -järjestelmien erinomaiseen kestävyyteen ja luotettavuuteen. Asennus raskaisiin sovelluksiin, vaativiin ympäristöihin ja 24/7 käyttöön takaavat tehokkaan ja taloudellisen käsittelyn. Ultraääniprosessin tehostaminen vähentää käsittelyaikaa ja saavuttaa parempia tuloksia eli parempaa laatua, suurempia saantoja, innovatiivisia tuotteita.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Erän tilavuus Virtausnopeus Suositellut laitteet
0.5 - 1.5 ml n.a. VialTweeter
1 - 500 ml 10 - 200 ml / min UP100H
10 - 2000ml 20–400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 - 20L 0.2–4 l/min UIP2000hdT
10-100L 2 - 10L / min UIP4000hdT
n.a. 10-100L / min UIP16000
n.a. suurempi klusteri UIP16000

Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!

Kysy lisää

Käytä alla olevaa lomaketta pyytääksesi lisätietoja grafeenin kuorinnan ultraäänilaitteista, protokollista ja hinnoista. Olemme iloisia voidessamme keskustella grafeenin tuotantoprosessistasi kanssasi ja tarjota sinulle ultraäänijärjestelmän, joka täyttää vaatimuksesi!




Hiilinanokääröjen valmistus

Hiilinanorullat ovat samanlaisia kuin moniseinäiset hiilinanoputket. Ero MWCNT:hen on avoimet kärjet ja sisäpintojen täysi pääsy muihin molekyyleihin. Ne voidaan syntetisoida märkäkemiallisesti interkaloimalla grafiittia kaliumin kanssa, kuorimalla vedessä ja sonikoimalla kolloidinen suspensio. (vrt. Viculis ym. 2003) Ultrasonication auttaa grafeenin yksikerroksisten vierittämistä hiilinanorullaksi (katso alla oleva kuva). Korkea 80%: n muuntohyötysuhde on saavutettu, mikä tekee nanorullan tuotannosta mielenkiintoisen kaupallisiin sovelluksiin.

Ultraäänellä avustettu synteesi hiilinanorullat

Hiilinanovierien ultraäänisynteesi (Viculis et ai., 2003)

Nanonauhojen valmistus

Hongjie Dain ja hänen kollegoidensa tutkimusryhmä Stanfordin yliopistosta löysi tekniikan nanonauhojen valmistamiseksi. Grafeeninauhat ovat ohuita grafeeninauhoja, joilla voi olla jopa hyödyllisempiä ominaisuuksia kuin grafeenilevyillä. Noin 10 nm: n tai pienemmillä leveyksillä grafeeninauhojen käyttäytyminen on samanlainen kuin puolijohde, koska elektronit pakotetaan liikkumaan pituussuunnassa. Siksi voisi olla mielenkiintoista käyttää nanonauhoja, joilla on puolijohdemaisia toimintoja elektroniikassa (esim. pienemmissä ja nopeammissa tietokonesiruissa).
Dai et ai. grafeenin nanonauhojen emästen valmistus kahdessa vaiheessa: ensinnäkin ne löysäsivät grafeenikerroksia grafiitista lämpökäsittelyllä 1000 ºC minuutin ajan 3-prosenttisessa vedyssä argonkaasussa. Sitten grafeeni hajotettiin nauhoiksi ultraäänellä. Tällä tekniikalla saaduille nanonauhoille on ominaista paljon "tasaisempi’ reunat kuin tavanomaisin litografisin keinoin tehdyt. (Jiao ym. 2009)

Lataa koko artikkeli PDF-tiedostona täältä:
Grafeenin ultraäänellä avustettu tuotanto


Faktoja, jotka kannattaa tietää

Mikä on grafeeni?

Grafiitti koostuu kaksiulotteisista sp2-hybridisoiduista, kuusikulmaisesti järjestetyistä hiiliatomeista - grafeenista - jotka pinotaan säännöllisesti. Grafeenin atomiohuille levyille, jotka muodostavat grafiittia sitoutumattomilla vuorovaikutuksilla, on tunnusomaista äärimmäisen suuri pinta-ala. Grafeeni osoittaa poikkeuksellista lujuutta ja lujuutta perustasoillaan, joka saavuttaa noin 1020 GPa: lla lähes timantin lujuusarvon.
Grafeeni on joidenkin allotrooppien perusrakenneosa, mukaan lukien grafiitin lisäksi myös hiilinanoputket ja fullereenit. Lisäaineena käytetty grafeeni voi dramaattisesti parantaa polymeerikomposiittien sähköisiä, fysikaalisia, mekaanisia ja esteominaisuuksia erittäin pienillä kuormilla. (Xu, Suslick 2011)
Grafeeni on ominaisuuksiltaan superlatiivien materiaali ja siten lupaava komposiitteja, pinnoitteita tai mikroelektroniikkaa tuottaville teollisuudenaloille. Geim (2009) kuvaa grafeenia supermateriaalina ytimekkäästi seuraavassa kappaleessa:
"Se on maailmankaikkeuden ohuin materiaali ja vahvin koskaan mitattu. Sen latauskannattimilla on jättimäinen luontainen liikkuvuus, niillä on pienin efektiivinen massa (se on nolla) ja ne voivat kulkea mikrometrin pitkiä matkoja hajottamatta huoneenlämpötilassa. Grafeeni voi ylläpitää nykyisiä tiheyksiä 6 luokkaa korkeammalla kuin kupari, osoittaa ennätyksellisen lämmönjohtavuuden ja jäykkyyden, on läpäisemätön kaasuille ja sovittaa yhteen sellaiset ristiriitaiset ominaisuudet kuin hauraus ja sitkeys. Elektronien kuljetusta grafeenissa kuvataan Diracin kaltaisella yhtälöllä, joka mahdollistaa relativististen kvantti-ilmiöiden tutkimisen penkkikokeessa."
Näiden erinomaisten materiaaliominaisuuksien vuoksi grafeeni on yksi lupaavimmista materiaaleista ja on nanomateriaalitutkimuksen painopiste.

Grafeenin mahdolliset sovellukset

Biologiset sovellukset: Esimerkki ultraäänigrafeenivalmisteesta ja sen biologisesta käytöstä annetaan Park et ai. (2011) tutkimuksessa "Grafeeni-kulta-nanokomposiittien synteesi sonokemiallisen pelkistyksen kautta", jossa syntetisoitiin nanokomposiitti pelkistetyistä grafeenioksidi-kulta (Au) nanohiukkasista syntetisoimalla samanaikaisesti kultaionit ja kerrostamalla kullan nanohiukkaset pelkistetyn grafeenioksidin pinnalle samanaikaisesti. Kultaionien pelkistämisen ja happifunktionaalien tuottamisen helpottamiseksi kullan nanohiukkasten ankkuroimiseksi pelkistetylle grafeenioksidille reagenssien seokseen kohdistettiin ultraäänisäteilytystä. Kultaa sitovien peptidimodifioitujen biomolekyylien tuotanto osoittaa grafeenin ja grafeenikomposiittien ultraäänisäteilytyksen potentiaalin. Siksi ultraääni näyttää olevan sopiva työkalu muiden biomolekyylien valmistamiseen.
Elektroniikka: Grafeeni on erittäin toimiva materiaali elektroniikka-alalla. Grafeenin ruudukon latauskannattimien suurella liikkuvuudella grafeeni on erittäin kiinnostava nopeiden elektronisten komponenttien kehittämisessä suurtaajuustekniikassa.
anturit: Ultraäänellä kuorittua grafeenia voidaan käyttää erittäin herkkien ja selektiivisten konduktometristen antureiden valmistukseen (joiden vastus muuttuu nopeasti >10 000 % kyllästetyssä etanolihöyryssä) ja ultrakondensaattorit, joilla on erittäin korkea ominaiskapasitanssi (120 F/g), tehotiheys (105 kW/kg) ja energiatiheys (9,2 Wh/kg). (An ym. 2010)
Alkoholi: Alkoholin tuotantoon: Sivusovellus voi olla grafeenin käyttö alkoholin tuotannossa, grafeenikalvoja voidaan käyttää alkoholin tislaamiseen ja siten alkoholijuomien vahvistamiseen.
Vahvimpana, sähköä johtavana ja yhtenä kevyimmistä ja joustavimmista materiaaleista grafeeni on lupaava materiaali aurinkokennoille, katalyysille, läpinäkyville ja emissiivisille näytöille, mikromekaanisille resonaattoreille, transistoreille, katodina litium-ilma-akuissa, erittäin herkille kemiallisille ilmaisimille, johtaville pinnoitteille sekä lisäaineena yhdisteissä.

Suuritehoisen ultraäänen toimintaperiaate

Kun sonikoidaan nesteitä suurilla intensiteeteillä, nestemäiseen väliaineeseen leviävät ääniaallot johtavat vuorotellen korkeapaineisiin (puristus) ja matalapaineisiin (harvinaisuus) sykleihin, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Matalapainesyklin aikana korkean intensiteetin ultraääniaallot luovat pieniä tyhjiökuplia tai tyhjiöitä nesteeseen. Kun kuplat saavuttavat tilavuuden, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa, ne romahtavat voimakkaasti korkeapainesyklin aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatioksi. Luhistumisen aikana saavutetaan paikallisesti erittäin korkeat lämpötilat (noin 5 000 K) ja paineet (noin 2 000 atm). Kavitaatiokuplan luhistuminen johtaa myös nestesuihkuihin, joiden nopeus on jopa 280 m/s. (Suslick 1998) Ultraäänellä tuotettu kavitaatio aiheuttaa kemiallisia ja fysikaalisia vaikutuksia, joita voidaan soveltaa prosesseihin.
Kavitaation aiheuttama sonokemia tarjoaa ainutlaatuisen vuorovaikutuksen energian ja aineen välillä, kuumilla pisteillä ~ 5000 K: n kuplien sisällä, ~ 1000 barin paineilla, lämmitys- ja jäähdytysnopeuksilla >1010K s-1; Nämä poikkeukselliset olosuhteet mahdollistavat pääsyn erilaisiin kemiallisiin reaktiotiloihin, joihin ei tavallisesti ole pääsyä, mikä mahdollistaa monenlaisten epätavallisten nanorakenteisten materiaalien synteesin. (Bang 2010)

Kirjallisuus / Viitteet

  • FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
  • FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
  • Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
  • 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.
  • Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
  • Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
  • An, X.; Simmons, T.; Shah, R.; Wolfe, C.; Lewis, K. M.; Washington, M.; Nayak, S. K.; Talapatra, S.; Kar, S. (2010): Stable Aqueous Dispersions of Noncovalently Functionalized Graphene from Graphite and their Multifunctional High-Performance Applications. Nano Letters 10/2010. pp. 4295-4301.
  • Baby, T. Th.; Ramaprabhu, S. (2011): Enhanced convective heat transfer using graphene dispersed nanofluids. Nanoscale Research Letters 6:289, 2011.
  • Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
  • Choi, E. Y.; Han, T. H.; Hong, J.; Kim, J. E.; Lee, S. H.; Kim, H. W.; Kim, S. O. (2010): Noncovalent functionalization of graphene with end-functional polymers. Journal of Materials Chemistry 20/ 2010. pp. 1907-1912.
  • Geim, A. K. (2009): Graphene: Status and Prospects. Science 324/2009. pp. 1530-1534.
  • Green, A. A.; Hersam, M. C. (2010): Emerging Methods for Producing Monodisperse Graphene Dispersions. Journal of Physical Chemistry Letters 2010. pp. 544-549.
  • Guo, J.; Zhu, S.; Chen, Z.; Li, Y.; Yu, Z.; Liu, Z.; Liu, Q.; Li, J.; Feng, C.; Zhang, D. (2011): Sonochemical synthesis of TiO2 nanoparticles on graphene for use as photocatalyst
  • Hasan, K. ul; Sandberg, M. O.; Nur, O.; Willander, M. (2011): Polycation stabilization of graphene suspensions. Nanoscale Research Letters 6:493, 2011.
  • Liu, X.; Pan, L.; Lv, T.; Zhu, G.; Lu, T.; Sun, Z.; Sun, C. (2011): Microwave-assisted synthesis of TiO2-reduced graphene oxide composites for the photocatalytic reduction of Cr(VI). RSC Advances 2011.
  • Malig, J.; Englert, J. M.; Hirsch, A.; Guldi, D. M. (2011): Wet Chemistry of Graphene. The Electrochemical Society Interface, Spring 2011. pp. 53-56.
  • Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): The Effect of Thermal and Ultrasonic Treatment on the Formation of Graphene-oxide Nanosheets. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
  • Sametband, M.; Shimanovich, U.; Gedanken, A. (2012): Graphene oxide microspheres prepared by a simple, one-step ultrasonication method. New Journal of Chemistry 36/2012. pp. 36-39.
  • Savoskin, M. V.; Mochalin, V. N.; Yaroshenko, A. P.; Lazareva, N. I.; Konstanitinova, T. E.; Baruskov, I. V.; Prokofiev, I. G. (2007): Carbon nanoscrolls produced from acceptor-type graphite intercalation compounds. Carbon 45/2007. pp. 2797-2800.
  • Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.; Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. (2007): Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide. Carbon 45/2007. pp. 1558-1565.
  • Viculis, L. M.; Mack, J. J.; Kaner, R. B. (2003): A Chemical Route To Carbon Nanoscrolls. Science, 299/1361; 2003.
  • Xu, H.; Suslick, K. S. (2011): Sonochemical Preparation of Functionalized Graphenes. In: Journal of American Chemical Society 133/2011. pp. 9148-9151.
  • Zhang, W.; He, W.; Jing, X. (2010): Preparation of a Stable Graphene Dispersion with High Concentration by Ultrasound. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. pp. 10368-10373.
  • Jiao, L.; Zhang, L.; Wang, X.; Diankov, G.; Dai, H. (2009): Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes. Nature 458/ 2009. pp. 877-880.
  • Park, G.; Lee, K. G.; Lee, S. J.; Park, T. J.; Wi, R.; Kim, D. H. (2011): Synthesis of Graphene-Gold Nanocomposites via Sonochemical Reduction. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7/11, 2011. pp. 6095-6101.
  • Zhang, R.Q.; De Sakar, A. (2011): Theoretical Studies on Formation, Property Tuning and Adsorption of Graphene Segments. In: M. Sergey (ed.): Physics and Applications of Graphene – Theory. InTech 2011. pp. 3-28.


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.