Dispersion à ultrasons de graphène
- Pour incorporer graphène dans des composites, le graphène doit être dispersé / exfoliée comme unique nano-feuilles uniformément dans la formulation. Plus le degré de désagglomération, mieux les propriétés des matériaux extraordinaires sont exploités.
- dispersion par ultrasons permet une distribution de particules supérieure et une stabilité de dispersion – même lors de la formulation à des concentrations élevées et viscosités.
- le traitement par ultrasons de graphène donne des qualités de dispersion exceptionnelles et excelle méthodes classiques de mélange de loin.
Dispersion à ultrasons de graphène
Afin de donner des composites les caractéristiques du matériau en circulation de graphène telles que la résistance, le graphène doit être dispersé dans une matrice ou un revêtement appliqué en tant que couche mince sur un substrat. Agglomération, la sédimentation et la dispersion dans une matrice (ou de la distribution de particules sur le substrat, respectivement) sont des facteurs importants qui influencent les propriétés de la matière résultante.
En raison de sa nature hydrophobe, la préparation d'une dispersion de graphène stable et très concentré, sans tensio-actifs ou dispersants est une tâche difficile. Pour surmonter les forces de van der Waals, fortes forces de cisaillement générées par cavitation à ultrasons sont la méthode la plus sophistiquée pour préparer des dispersions stables.
Graphène avec une conductivité électrique élevée (712 S · m-1), Bonne dispersité et la concentration élevée peuvent être facilement préparées à l'aide d'un disperseur à ultrasons, tels que UIP2000hdT ou UIP4000. La sonication permet de préparer une dispersion de graphène stable à basse température du procédé d'env. 65 ° C.
SEM image de nanofeuillets de graphène dispersés par ultrasons
systèmes à ultrasons puissants Hielscher sont capables de traiter graphène et de graphite dans de grands volumes, par exemple pour l'exfoliation en phase liquide et de dispersion de graphène. Le contrôle précis sur les paramètres du procédé permettent la mise à l'échelle transparente des ultrasons de paillasse à la pleine production commerciale.
Exfoliée graphène quelques ultra-sons-couche avec env. 3-4 couches et un env. taille de 1 um peut être (ré) dispersée à des concentrations d'au moins 63 mg / mL.
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- graphène de haute qualité
- haut rendement
- dispersion uniforme
- haute concentration
- viscosités élevées
- processus rapide
- à bas prix
- à haut débit
- très efficace
- respectueux de l'environnement
Réacteur à ultrasons 7 kW pour des dispersions de graphène
Ultrasons Systèmes Dispersants
Hielscher Ultrasonics propose des systèmes à ultrasons haute puissance pour l'exfoliation et la dispersion de graphène en vrac couches et de graphite en mono-, bi- et graphène quelques couches. Fiables processeurs à ultrasons et les réacteurs sophistiqués fournissent la puissance requise, les conditions de processus ainsi qu'un contrôle précis, de sorte que les résultats du processus d'ultrasons peuvent être réglés exactement aux objectifs du processus souhaités.
L'un des paramètres les plus importants du procédé est l'amplitude d'ultrasons (le déplacement vibratoire à l'émetteur d'ultrasons). Hielscher de systèmes à ultrasons industriels sont construits pour fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200μm peuvent être facilement exécutées en continu 24h / 24 et 7j / 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, Hielscher propose des sondes à ultrasons personnalisées. Tous nos processeurs à ultrasons peuvent être ajustés exactement aux conditions de process requises et facilement surveillés par le logiciel intégré. Cela garantit une fiabilité maximale, une qualité constante et des résultats reproductibles. La robustesse de l'équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24h / 24 et 7j / 7 dans les environnements difficiles et exigeants. Cela fait de la sonication la technologie de production préférée pour la préparation à grande échelle de nanofeuillets de graphène monocouche et à plusieurs couches.
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 Hielscher.
En raison de ces facteurs, délaminage / exfoliation à ultrasons et la dispersion des techniques de excelle broyage classiques et de fraisage.
- Haute puissance par ultrasons
- des forces de cisaillement élevées
- pressions élevées applicables
- un contrôle précis
- évolutivité transparente (linéaire)
- lot et accréditives
- des résultats reproductibles
- fiabilité
- robustesse
- Haute efficacité énergétique
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Littérature / Références
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014) : Graphène Coated nanofibres Alumine Zircone Renforcement. 9e Conférence internationale DAAAM balte de génie industriel 24-26 Avril 2014, Tallinn, Estonie.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020) : CrPS exfolié4 avec Photoconductivité prometteuse. Small Vol.16, Issue1. 9 janvier 2020.
- Stengl V., J. Henych M. Fair, Ecorchard P. (2014): exfoliation ultrasons d'analogues inorganiques de graphène. Nanoscale Research Letters 9 (1), 2014.
Qu'il faut savoir
graphène
Le graphène est une couche de carbone d'un atome d'épaisseur, qui peut être décrite comme une structure simple ou 2D de graphène (graphène monocouche = SLG). Le graphène a une surface spécifique extraordinairement grande et des propriétés mécaniques supérieures (module de Young de 1 TPa et résistance intrinsèque de 130 GPa), offre une grande conductivité électronique et thermique, une mobilité du porteur de charge, de la transparence et est imperméable aux gaz. En raison de ces caractéristiques, le graphène est utilisé comme additif renforçant pour donner aux composites sa solidité, sa conductivité, etc. Afin de combiner les caractéristiques du graphène avec d'autres matériaux, le graphène doit être dispersé dans le composé ou appliqué en couche mince. sur un substrat.
les solvants courants, qui sont souvent utilisés en tant que phase liquide pour disperser nanofeuilles de graphène, comprennent Dimethyl sulfoxide (DMSO), le N, N-diméthylformamide (DMF), la N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), la tétraméthylurée (TMU, le tétrahydrofurane (THF) , carbonateacetone de propylène (PC), l'éthanol et le formamide.
Pourquoi Composites graphène-Based?
Graphène est d'une épaisseur d'un atome le plus mince, avec un poids d'env. 0,77 mg par 1m2 le plus léger, et avec une rigidité à la traction de 150 000 000 psi (100-300 fois plus forte que l'acier) et une résistance à la traction de 130,000,000,000 Pascals le matériau le plus fort connu. En outre, le graphène est le meilleur conducteur thermique (à la température ambiante avec (4,84 ± 0,44) × 103 à (5,30 ± 0,48) x 103 W · m-11 · K-1) Et le meilleur conducteur électrique (mobilité d'électrons plus élevée que 15.000 cm2· V-1· s-1). Une autre caractéristique importante de graphène est sa propriété optique avec une absorption de lumière à πα≈2.3% de la lumière blanche, et son aspect transparent.
En incorporant graphène dans des matrices, ces excellentes propriétés du matériau peuvent être transférés au composite résultant, qui offre des fonctionnalités uniques. De tels matériaux composites renforcés par graphène offrent de nouvelles possibilités de développement matériel et des applications industrielles. En raison de ses caractéristiques, le graphène et les composites de graphène sont déjà largement répandus dans la fabrication de batteries de haute performance, supercapacités, encres conductrices, les revêtements, les systèmes photovoltaïques et dispositifs électroniques
processeurs à ultrasons puissants Hielscher fournissent les forces de cisaillement élevées nécessaires pour surmonter les forces de van der Waals afin de distribuer nanofeuillets de graphène uniformément dans des matrices composites. disperseurs à ultrasons tels que la UIP2000hdT ou UIP16000 sont utilisés pour produire des nano-composites renforcés par des oxydes graphene- et graphène.