Technologie des ultrasons Hielscher

Oxyde de graphène – Exfoliation par ultrasons et dispersion

L'oxyde de graphène est soluble dans l'eau, amphiphile, non toxique, biodégradable et peut être facilement dispersé en colloïdes stables. L'exfoliation et la dispersion par ultrasons est une méthode très efficace, rapide et économique pour synthétiser, disperser et fonctionnaliser l'oxyde de graphène à l'échelle industrielle. Dans le traitement en aval, les disperseurs ultrasoniques produisent des composites oxyde de graphène-polymère à haute performance.

Exfoliation à ultrasons de graphène oxyde

Afin de contrôler la taille de l'oxyde de graphène (GO) nanofeuilles, le procédé d'exfoliation joue un facteur clé. En raison de ses paramètres de processus précisément contrôlables, exfoliation à ultrasons est le plus largement utilisé la technique de la délamination pour la production d'oxyde de graphène de haute qualité et graphène.
Pour l'exfoliation à ultrasons d'oxyde de graphène à partir d'oxyde de graphite différents protocoles sont disponibles. Trouver une exemple de description ci-dessous:
poudre d'oxyde de graphite est mélangé dans du KOH aqueux à la valeur de pH 10. Pour l'exfoliation et la dispersion ultérieure, la sonde de type UP200St appareil à ultrasons (200 W) est utilisé. Ensuite, des ions K + sont fixés sur le plan de base graphène pour induire un processus de vieillissement. Le vieillissement est réalisée dans un évaporateur rotatif (2 h). Afin d'éliminer les ions excessifs de K +, la poudre est lavée et centrifugée plusieurs fois.
Le mélange obtenu est centrifugé et lyophilisé, de sorte qu'un précipité de poudre d'oxyde de graphène dispersible.
Préparation d'une pâte conductrice de GO: La poudre d'oxyde de graphène peut être dispersé dans du diméthylformamide (DMF) sous sonification pour produire une pâte conductrice. (Han et al.2014)

système de dispersion par ultrasons 7kW pour la production de graphène en ligne (Cliquez pour agrandir!)

Système à ultrasons pour l'exfoliation d'oxyde de graphène

Demande d'information





(Photo:.. Potts et al 2011)

Oxyde de graphène – Exfoliation (Pic .: Potts et al., 2011)

Ultrasons de dispersion graphène oxyde

Ultrasons fonctionnalisation de graphène oxyde

La sonification est utilisée avec succès pour incorporer de l'oxyde de graphène (GO) dans les polymères et les composites.
Exemples:

  • graphène oxyde TiO2 composite à base de microsphères
  • polystyrène-magnétite-graphène composite d'oxyde (structuré noyau-coque)
  • polystyrène réduit composites d'oxyde de graphène
  • revêtu de nanofibres de polyaniline-polystyrène / oxyde de graphène (PANI-PS / GO) composite à noyau et enveloppe
  • polystyrène-intercalés oxyde de graphène
  • modifié p-phénylènediamine-4vinylbenzen-polystyrène de l'oxyde de graphène
exfoliation graphène avec disperseur à ultrasons UP400St

Systèmes à ultrasons pour graphène et graphène oxyde

Hielscher Ultrasonics propose des systèmes à ultrasons de haute puissance pour l'exfoliation, la dispersion et le traitement en aval de graphène et d'oxyde de graphène. Fiables processeurs à ultrasons et les réacteurs sophistiqués fournissent la puissance requise, les conditions de processus comme wel contrôle aussi précis, de sorte que les résultats du processus d'ultrasons peuvent être réglés exactement aux objectifs du processus souhaités.
L'un des paramètres de processus les plus importants est l'amplitude d'ultrasons, qui est la dilatation et la contraction de vibration à la sonde à ultrasons. Hielscher de systèmes à ultrasons industriels sont construits pour fournir des amplitudes très élevées. Amplitudes jusqu'à 200 um peuvent être facilement fonctionner en continu en mode 24/7. Pour amplitudes encore plus élevées, des sondes à ultrasons Hielscher offre sur mesure. Tous nos processeurs à ultrasons peuvent être ajustés exactement aux conditions de traitement requises et facilement contrôlés via le logiciel intégré. Cela garantit une fiabilité élevée, une qualité constante et des résultats reproductibles. La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24/7 à usage intensif et dans des environnements exigeants. Cela rend sonication la technologie de production préférée pour la préparation à grande échelle de graphène, l'oxyde de graphène et des matériaux graphitiques.
Offrant une large gamme de produits de ultrasonicators et accessoires (tels que les sonotrodes et les réacteurs avec différentes tailles et géométries), les conditions de réaction les plus appropriés et les facteurs (par exemple, des réactifs, apport d'énergie à ultrasons par volume, pression, température, débit, etc.) peut être choisi afin d'obtenir la plus haute qualité. Étant donné que nos réacteurs à ultrasons peuvent être mis sous pression jusqu'à plusieurs centaines barg, la sonication des pâtes très visqueux avec 250.000 centipoises a pas de problème pour les systèmes à ultrasons Hielschers.
En raison de ces facteurs, délaminage / exfoliation à ultrasons et la dispersion des mélange classiques excelle et les techniques de fraisage.

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Hielscher Ultrasonics

  • haute puissance
  • des forces de cisaillement élevées
  • pressions élevées applicables
  • un contrôle précis
  • évolutivité transparente (linéaire)
  • lot et continue
  • des résultats reproductibles
  • fiabilité
  • robustesse
  • Haute efficacité énergétique

Littérature / Références



Qu'il faut savoir

L'échographie et Cavitation: Comment graphite est exfoliée à l'oxyde graphène sous sonication

exfoliation ultrasons d'oxyde de graphite (GRO) est basée sur la force de cisaillement élevé induit par cavitation acoustique. cavitation acoustique se pose en raison des cycles à haute pression alternée / basse pression, qui sont générés par le couplage de puissance des ondes ultrasonores dans un liquide. Pendant les cycles de basse pression occure de très petits vides ou bulles de vide, qui se développent au cours des cycles de basse pression en alternance. Lorsque le vide des bulles d'atteindre une taille où ils ne peuvent pas absorber plus d'énergie, ils s'effondrent violemment pendant un cycle haute pression. Les résultats de l'implosion des bulles de cavitation forces de cisaillement et des ondes de contrainte, température extrême jusqu'à 6000K, des vitesses de refroidissement au-dessus de 10 extrêmesdixK / s, des pressions très élevées allant jusqu'à 2000atm, les différentiels de pression extrême, ainsi que des jets de liquide avec jusqu'à 1000 km/H (~280m / s).
Ces forces intenses affectent les piles de graphite, qui sont déstratifiées en oxyde de graphène à un ou quelques couches et nanofeuillets de graphène vierges.

Oxyde de graphène

exfoliation ultrasons est utilisé pour délaminer oxyde de graphène mono- et quelques couches nanofeuilles de l'oxyde de graphite.oxyde de graphène (GO) est synthétisé par l'oxyde de graphite exfoliant (GRO). Bien que l'oxyde de graphite est un matériau consistant en 3D en millions de couches de couches de graphène avec des atomes d'oxygène intercalés, l'oxyde de graphène est un graphène mono- ou quelques-couche qui est oxygénée sur les deux côtés.
oxyde de graphène et graphène diffèrent les unes des autres dans les caractéristiques suivantes: l'oxyde de graphène est polaire, tandis que le graphène est non polaire. oxyde de graphène est hydrophile, tandis que le graphène est hydrophobe.
Cela signifie, l'oxyde de graphène est soluble dans l'eau, amphiphile, non toxique, biodégradable et forme des suspensions colloïdales stables. La surface de l'oxyde de graphène contient époxy, hydroxyle et des groupes carboxyle, qui sont disponibles pour interagir avec les cations et anions. En raison de leur structure hybride organique-inorganique unique et des propriétés exceptionnelles, GO-polymères composites offrent un fort potentiel pour des applications industrielles multiples. (Tolasz et al. 2014)

Réduction de l'oxyde graphène

L'oxyde de graphène réduit (rGO) est produit par réduction ultrasonique, chimique ou thermique de l'oxyde de graphène. Pendant l'étape de réduction, la plupart des fonctionnalités d'oxygène de l'oxyde de graphène sont éliminées de sorte que l'oxyde de graphène réduit (rGO) résultant a des caractéristiques très similaires à celles du graphène vierge. Cependant, l'oxyde de graphène réduit (rGO) n'est pas exempt de défauts et est vierge comme du graphène pur.