Hielscher Ultrasound Technology

Ultrasjonele grafyske tarieding

grafyk

Grafite is besteande út twa dimensjele blêden fan sp2-hybridisearre, hexagonal oardere karbonaatoms - de grafyk - dy't regelmjittich stapke wurde. De atoom-dûnsige platen dy't grafyt foarmje troch net-bonding ynteraksjes, binne karakterisearre troch in ekstreem grutter oerflak. Grafene toant in bûtengewoane krêft en festiging oan 'e basis fan' e basale nivo's dy't rint mei rûnom. 1020 GPa hast de sterkte wearde fan diamant.
Graphene is it basisstruktuerelijk elemint fan guon allotropen, ynklusyf, ek grafyt, ek carbononototubes en fullerenes. As additie brûkt Graphen kin dramatysk de elektryske, fysyske, meganyske en barriereigenskippen fan polymearkompositeiten op extrem leech laden. (Xu, Suslick 2011)
Troch syn eigenskippen is graphene in materiaal fan superlativen en hat dêrmei promovearjen foar yndustry dy't kompositeiten, beskermingen of mikroelektronika produkt meitsje. Geim (2009) beskriuwt grafyk as supermaterial konkreet yn 'e folgjende paragraaf:
"It is it tinste materiaal yn 'e universe en de sterkste earder gemearre. De charge-carrieren hawwe in heule yntinsive mobiliteit, de lytste effektive massa (it is nul) en kin mikrometer lange ôfstannen reizgje sûnder ferspuiearjen by keamertemperatuer. Graphene kin aktuele dichten ûnderhâlde 6 útferwizings heger as koper, sprekt thermikaalbehearsking en stiffness oan, is dieldich foar gassen en kombinearret dy sokke konfliktende eigenskippen as brittens en duktiliteit. Elektronetransport yn grafyk wurdt beskreaun troch in Dirac-like-lykweardigens, wêrtroch it ûndersyk fan relativistyske quantum-phenomena yn in bank-top eksperimint mooglik makket. "
Troch dy eigenskippen binne karakteristiken, graene is ien fan 'e meast belangrykste materialen en stiet yn it fokus fan nanomaterialûndersyk.

Graphene consists in carbon atoms which are arranged in a regular hexagonal pattern. i

Troch syn útsûnderlike materiaal krêft en stevichheid is graphene de meast belangrykste materialen fan 'e sciencefiction. © 2010AlexanderAIUS CreativeCommons

Fersyk om ynformaasje




Notysje by ús Privacy Policy.


hege krêft ultrasound

By it oankommen fan flakten op hege yntinsjes, liede de lûdwellen dy't yn 'e floeiende media útbreide, in alternatyf hege druk (kompresje) en leechdruk (seldsumens) sikkes, mei tariven ôfhinklik fan de frekwinsje. Yn 'e leechdrompelse cycle makket hege intensiteit fan ultrasonic-wellen in lytse fakblaasbloed of fûgels yn' e floeistân. Wannear't de bollen in fermiel krije wêr't se net enerzjy opnimme kinne, falle se geweldich yn 'e hege druk. Dit ferskynsel wurdt kavitation neamd. Yn 'e ymplosion binne hiel hege temperatueren (sawat 5.000K) en dringen (sawat 2.000atm) lokaal berikt. De ymposysje fan 'e cavitation Blokje resultaat ek yn floeiende jets fan maksimaal 280m / s. (Suslick 1998) De ultrasjoen generearre cavitation feroarsaakke chimike en fysike effekten, dy't tapast wurde kinne foar prosessen.
Cavitation-feroarsake Sonochemistry jout in unike ynteraksje tusken enerzjy en kwestje, mei heule spots yn 'e bollen fan ~ 5000 K, druk fan ~ 1000 bar, waarmte en koelingsraten fan >1010K s-1; Dizze bûtengewoanlike omstannichheden jouwe tagong ta in ferskaat oan gemysk reagezjeromte, normaal net tagonklik, wêrtroch't de synthesis fan in breed ferskaat oan unusual statulearre materialen mooglik makket. (Bang 2010)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

Ultrasone cavitation yn floeibere

Ultrasjonele tarieding fan Graphene

Sûnt de bûtengewoane eigenskippen fan grafyt binne bekend, binne ferskate metoaden foar har tarieding ûntwikkele. Njonken de gemyske produksje fan grafinen fan grafykoksid yn multi-stappe prosessen, wêrmei't hiel sterke oksidearjende en reduksjeaginten nedich binne. Dêrnjonken befetsje de grafyk ûnder dizze hurde gemyske betingsten faak in protte defekten sels nei de reduksje yn ferliking mei grafiken dy't fan oare metoaden binne. De ultraschall is lykwols in bewuste alternatyf om heechweardige grafyk te meitsjen, ek yn grutte sifers. Undersikers hawwe in bytsje ferskillende wizen ûntwikkele mei help fan ultraspond, mar yn 't algemien is de grafynproduksje in ienfâldige ien-stapproses.
Om in foarbyld te jaan oan in spesifike grafykproduksjerûte: Graphite wurdt tafoege yn in mingde fan fergûne organike sûr, alkohol, en wetter, en dan wurdt it gemysk útsletten ta ultradons bestriding. De saur wurket as a “molekulêre wedzje” dy't skilderijen fan grafyn skiedt út 'e memmekant. Troch dit ienfâldige proses wurdt in protte ungeunstige, heechweardige grafyk yn wetter ferspraat makke. (An et al., 2010)

Hielscher covers the full range from compact lab ultrasonicators to bench-top size and full commercial production size systems.

Powerful and reliable ultrasound equipment for multiple applications, such as homogenization, extraction, nano material processing, or sonochemistry.

Graphene direkte eksfoliaasje

Ultraschall jout oan foar it tarieden fan grafinen yn organyske lûdmiddels, surfens / wetterlûzjes, of ionyske flakten. Dit betsjut dat it gebrûk fan sterke oxidearjende of reduze agents ferwiderje kinne. Stankovich et al. (2007) makke graphene troch eksfoliaasje ûnder ultrasonication.
De AFM-ôfbyldings fan grafoksoide, dy't troch de ultrasonic-behanneling ekspresearre wurde by konsintraasjes fan 1 mg / ml yn wetter, hawwe altyd de oanwêzigens fan blêden mei unifere dikte (~ 1 nm; foarbyld is yn 1 neamd werjûn). Dizze goed útfollende problemen fan grafoksoïde befette gjin lekken of dikerder as dûnser as 1nm, dy't liede ta in konklúzje dat alle komplekse opfolling fan grafykoksid nei alle yndividuen fan grafyske oxidblêden yndield waard ûnder dizze betingsten. (Stankovich et al., 2007)

Hielscher's High Power Ultrasound Devices are the ideal tool to prepare graphene - both in lab scale as well as in full commercial process streams

Ofbylding 1: AFM-ôfbylding fan eksfoliate GO-sheets mei trije hichteprofilen dy't op ferskate lokaasjes ûntfongen binne (Stankovich et al. 2007)

Tarieding fan graphène Sheets

Stengl et al. hawwe de suksesfolle tarieding fan reine grafinyskenblêden yn grutte soaden te sjen yn 'e produksje fan nonstochiometryske TiO2-grafo-nanokomposit troch thermyske hydrolyse fan ophinging mei grafene nanosjebes en titania peroxo kompleks. De reine graphene nanosheets waarden makke út natuerlik graphite mei in hege intensiteitskavitation fjild, generearre troch Hielscher's ultrasoneprozessor UIP1000hd yn in heulendruk ultrasoanreaktor by 5 bar. De grafinynblêden dy't mei hege spesifike oerflak en unike elektryske eigenskippen kinne wurde brûkt as in goede draachflak foar TiO2 om de fotokatalytyske aktiviteit te ferbetterjen. De ûndersyksgroep beweart dat de kwaliteit fan it ultrasjoneel tarikkende grafyk folle heger is as grafyk dat troch Hummer's metoade krige, dêr't grafit útfollet en oxideard is. Om't de lichaamlike omstannichheden yn 'e ultrasoanreaktor krekt behearskje kinne en troch de ferwachting dat de konsintraasje fan grafyn as dopant ferskille yn it berik fan 1 – 0.001%, de produksje fan graphene yn in trochgeande systeem op kommersjele skaal is mooglik.

Preparation by Ultrasone Treatment of Graphene Oxide

Oh et al. (2010) hawwe in tariedingrûte oanjûn mei ultrasone bestriding foar it meitsjen fan grafoksoide (GO) lagen. Dêrom waarden se fiifentweintich milligrams fan grafoksoidepudding yn 200 ml de-ionisearre wetter oanhâlden. Troch rêsten krige se in ynhomogene brune suspension. De resultaten waarden susuïntearre (30 min, 1.3 × 105J), en nei it droechjen (by 373 K) waard it ultrasoanlik behannele grafykoide makke. In spektroskopy fan 'e FTIR hat oantoand dat de ultrasoanlike behanneling de funksjonele groepen fan grafoksoide net feroare hat.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

Fig 2: SEM-ôfbylding fan grafynesosjes dy't troch ultrasonication krigen wurde (Oh et al 2010)

Funksje fan grafyske blêden

Xu en Suslick (2011) beskriuwe in handige ien stap metoade foar de tarieding fan polystyrene funksjonalisearre graphite. Yn har stúdzje brûkten se grafytflakken en styrol as basiseare materiaal. Troch it tekenjen fan de grafytflakken yn styrol (in reaktyf monomer), ûntstie de ultraschwjirmaasje yn 'e meganochemyske eksfoliaasje fan graphite-flakken yn ien-lagen en in pear lagen grafinyblêden. Tagelyk is de funksjonalisaasje fan de grafineblêden mei de polystyrene-keamers berikt.
Itselde proses fan funksjonalisaasje kin útfierd wurde mei oare folymonomers foar kompositeiten basearre op graphen.

Preparatie van Nanoribbons

De ûndersyksgroep fan Hongjie Dai en syn kollega's fan Stanford University fûn in technyk om te meitsjen fan nanoribbons. Grafenbands binne dûnsgroepen fan grafyk dy't mooglik nuttige eigenskippen hawwe as grafyske blêden. By breedten fan likernôch 10 nm of lytser is it gedrach fan it grafieleblibben lykwols ferlykber mei in semi-fuotbaltrekker as elektroanen twongen omlange te litten. Dêrtroch kin it nijsgjirrich wêze om nanoribbons mei semi-funksjonele funksjes yn elektroanika te brûken (bgl. Foar lytsere, flugger komputer chips).
Dai et al. De tarieding fan graphene nanoribbons basearret op twa stappen: it earste slagje se de lagen fan grafyn út graphite troch in waarmte behanneling fan 1000 ° C foar ien minuut yn 3% wetterstof yn argongas. Dêrnei waard de grafyk opsteld yn strips mei ultrasonication. De nanoribben dy't troch dizze technyk binne krigen binne karakterisearre troch in soad "smoarder’ rinnen as dy troch konventionele lithografyske middels makke binne. (Jiao et al., 2009)

Preparatie van Carbon Nanoscrolls

Carbon Nanoscrolls binne fergelykber mei multi-walled carbonate nanotubes. It ferskil oan MWCNTs is de iepen tips en de folsleine tagonklikens fan 'e ynderlike flakken nei oare molekulen. Se kinne wifke-chemysk synthesearre wurde troch ynterkalearjen fan grafyk mei potassium, eksfoliat yn wetter en it oanjaan fan kolloidale ophinging. De ultrasonication helpt it skermjen fan 'e grafele monolagen yn' e carbonoarium fan nasjonale rollen (sjoch fig. 3). In hege konverjjonêre effisjinsje fan 80% is berikt, dat makket de produksje fan nanoskollen interessant foar kommersjele applikaasjes.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

Fig.3: Ultraschallsynthese fan Carbon Nanoscrolls (Viculis et al., 2003)

graphène Dispersions

De fersprieding fan grafyk en grafykoksid is tige wichtich om it folsleine potensjaal fan graphen te brûken mei syn spesifike skaaimerken. As it grafyk net ûnder kontrolearre betingsten ferspraat wurdt, kin de polydispersiteit fan graphene-fersprieding nei unfoarriedbere of net-idioatele gedrach liede as ien fan 'e apparaten yn'e apparatuer is, om't de eigenskippen fan grafine ôfhinklik binne as funksje fan struktureel parameters. Sonication is in bewearde behanneling om de ynterlayer-krêften te swakken en mooglik foar in krekte behearsking fan 'e wichtige ferwurkingsparameters.
"Foar it grafykoksid (GO), dat typysk opfoldeard wurdt as single-layer sheets, is ien fan 'e wichtichste polydispersyite útdrukking fan ferskillen yn' e laterale gebiet fan 'e flokken. It is te sjen dat de betsjuttige laterale grutte fan GO kin fan 400 nm oant 20 μm ferfongen wurde troch it feroarjen fan it grafystútstapmateriaal en de oannimlike omstannigens. "(Green et al., 2010)
De ultrasoan dispersearje fan grafyk dy't resultaat yn fynsinnige en sels kolloïdale slurken is toandele yn ferskate oare stúdzjes. (Liu et al, 2011 / Baby et al, 2011 / Choi et al., 2010)
Zhang et al. (2010) hawwe sjen litten dat troch it brûken fan ultrasonication in stabile graphene-fersprieding mei in hege konsintraasje fan 1 mg · mL-1 en relatyf reine grafine blêden berikt wurde, en de lykas tariedende grafinen bliuwt in hege elektrysk konduktiviteit fan 712 S m-1. De resultaten fan Fourier transformearre infrarotspektren en Raman spectra ûndersyk oanjûn dat de ultrasoanlike tariedingmetoade minder skea hat foar de kwalitatyf en kristlike struktueren fan graphen.

Potensjele applikaasjes

Biologyske tapassingen: In foarbyld foar ultraschallgraphynfoarming en it biologyske brûken wurdt jûn yn 'e stúdzje "Synthesis of Graphene-Gold-Nanocomposites fia Sonochemyske Reduksje" troch Park et al. (2011), wêrtroch in nanokomposite fan reduktele grafoksoide -gold (Au) nanopartikelen makke waard troch simultanredigjen fan de gouden Ionen en goud fan nanopartikelen op it oerflak fan it fermindere grafokside te simultanen. Om de reduksje fan gouden Ionen en de generaasje fan soerstoffunksjes foar it ferankjen fan de gouden nanopartikelen op it fermindere grafene oks, waard de ultraschallbestriding oanwize nei it gemak fan reactants. De produksje fan goudbinden-peptide-modifisearre biomolekulen docht de mooglikheden fan ultrasoanlike irradiaasje fan graphen- en grafene kompositeiten. Dêrtroch liket de ultraslach in gaadlik ark foar oare biomolekulen te meitsjen.
Elektronik: Graphene is in tige funksjonele materiaal foar de elektroanyske sektor. Troch de hege mobiliteit fan 'e ladingstransporters yn' e grafyk fan it grafyk is graphene fan heechste belang foar it ûntwikkeljen fan flugge elektroanyske komponinten yn 'e heechfrekwyttechnology.
Sensoren: De ultrasjoen eksfoliate grafyk kin brûkt wurde foar de produksje fan heul sensitive en seleksjele kondysometryske sensor (wylst it ferset rapper feroaret >10.000% yn saturearre ethanol-damp), en ultra-kondensatoren mei in hege heech spesifike kapasiteit (120 f / g), krachtdichte (105 kW / kg), en enerzjydichte (9,2 w / kg). (An et al., 2010)
Alkohol: Foar alkoholproduksje: In sykteapplikaasje kin it gebrûk fan grafyk wêze yn 'e alkoholproduksje, dêr kinne grafymembranes brûkt wurde om alkohol te ferdylgjen en dêrmei alkoholistyske dranken sterker te meitsjen.
As krêftichste, meast elektryske leit en ien fan 'e lichtste en meast fleksibel materiaal, graene is in versproken materiaal foar sinne-sellen, katalysis, transparant en emissive displays, mikromechanikaal resonators, transistors, as kathod yn lithium-luchtbatterijen, foar ultrasensitive chemical detectors , bedriuwslibben as it brûken as additiv yn kombinaasjes.

Kontaktje ús / freegje foar mear ynformaasje

Sprek mei ús oer jo ferwurkingswinsken. Wy sille de meast gaadlike opset- en ferwurkingsparameters oan jo projekt oanbean.





Besykje ús Privacy Policy.


Lês it folsleine artikel as PDF hjir:
Ultrasonysk assistearre tarieding fan graphene

Literatuer / Referinsjes

  • An, X .; Simmons, T .; Shah, R .; Wolfe, C .; Lewis, KM; Washington, M .; Nayak, SK; Talapatra, S .; Kar, S. (2010): Stabile wiskundige ûntstekkingen fan net-wurdal funksjonalisearre grafyk út Graphite en har Multifunksjonele hege optredigde applikaasjes. Nano Letters 10/2010. pp. 4295-4301.
  • Baby, T. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): Ferheegjende konvektive waarmteferbining mei grafene dispersearre nanofluids. Nasjonale ûndersyksbrieven 6: 289, 2011.
  • Bang, JH; Suslick, KS (2010): Applikaasjes fan Ultrasound nei de Syntheses fan Nanostruktureare Materials. Avansearre Materialen 22/2010. pp. 1039-1059.
  • Choi, EY; Han, TH; Hong, J .; Kim, JE; Lee, SH; Kim, HW; Kim, SO (2010): Noncovalente funksje fan grafyk mei end-funksjonele polymers. Journal of Materials Chemistry 20 / 2010. p. 1907-1912.
  • Geim, AK (2009): Grafen: Status en Perspektiven. Science 324/2009. pp. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Groen, AA; Hersam, MC (2010): Emerging Methods foar it meitsjen fan Monodispers 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): Sonochemyske synteze fan TiO (2 nanotechnology op grafyk foar gebrûk as photokatalyst
  • Hasan, K. ul; Sandberg, MO; Nur, O .; Willander, M. (2011): Polycationstabilisaasje fan grafene opfang. Nasjonaal Undersykbrieven 6: 493, 2011.
  • Liu, X .; Pan, L .; Lv, T .; Zhu, G .; Lu, T .; Sun, Z .; Sun, C. (2011): Microwave-assistearre synteze fan TiO2-ferwurke grafoksoide kompositeiten foar de fotokatalytyske reduksje fan Cr (VI). RSC Advances 2011.
  • Malig, J .; Englert, JM; Hirsch, A .; Guldi, DM (2011): Wet Chemistry of Graphene. De elektrochemyske maatskiplike ynterface, Fr. 2011. pp. 53-56.
  • Och, W. Ch .; Chen, ML; Zhang, K .; Zhang, FJ; Jang, WK (2010): It effekt fan Thermal- en Ultrasonic-behanneling oer de formaasje fan Graphene-oxid-nanosheets. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
  • Sametband, M .; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): Graphene-oxide mikrospheres, makke troch in ienfâldige, ien-stapte ultrasonication-metoade. Nijjierskiednis fan 'e Chemistry 36/2012. pp. 36-39.
  • Savoskin, MV; Mochalin, VN; Yaroshenko, AP; Lazareva, NI; Konstanitinova, TE; Baruskov, IV; Prokofiev, IG (2007): Carbon nanoscrolls makke út akseptor-type graphite ynkalkoazialmiddelen. Carbon 45/2007. pp. 2797-2800.
  • Stankovich, S .; Dikin, DA; Piner, RD; Kohlhaas, KA; Kleinhammes, A .; Jia, Y .; Wu, Y .; Nguyen, ST; Ruoff, RS (2007): Syntheses fan grafene basearre nanosessen fia gemiddelde redens fan eksfoliate graphite-oxid. Carbon 45/2007. pp. 1558-1565.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as hege prestaasjes Photokatalysts. Yn: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
  • Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4e ed. J. Wiley & Sünden: New York, 1998, Vol. 26, pp. 517-541.
  • Viculis, LM; Mack, JJ; Kaner, RB (2003): In symboalyske rûte nei Carbon Nanoscrolls. Wittenskip, 299/1361; 2003.
  • Xu, H .; Suslick, KS (2011): Sonochemyske tarieding fan funksjonalisearre grafen. Yn: Journal of American Chemical Society 133/2011. pp. 9148-9151.
  • Zhang, W .; Hy, W .; Jing, X. (2010): It opstellen fan in stabile graphene-dispersion mei hege konsintraasje troch Ultrasound. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. s. 10368-10373.
  • Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Diankov, G .; Dai, H. (2009): Narrow grafene nanoribbons fan kanaal fanotubes. Natuer 458 / 2009. s. 877-880.
  • Park, G .; Lee, KG; Lee, SJ; Park, TJ; Wi, R .; Kim, DH (2011): Syntheses fan Graphene-Gold-Nanocomposites fia Sonochemyske Reduksje. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7/11, 2011. s. 6095-6101.
  • Zhang, RQ; De Sakar, A. (2011): Theoretische stúdzjes oer Formaasje, Eigenskippen en Adsorption fan Graphene Segminten. Yn: M. Sergey (ed.): Physics and Applications of Graphene - Theory. Yntech 2011. p. 3-28.