ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ પ્રોબ-સોનિકેશન દ્વારા સંશ્લેષણ અને વિખેરાયેલા

ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ (GNPs) ને સોનિકેટર્સનો ઉપયોગ કરીને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને વિશ્વસનીયતા સાથે સંશ્લેષણ અને વિખેરી શકાય છે. ઉચ્ચ-તીવ્રતાના અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ ગ્રેફાઇટને એક્સ્ફોલિએટ કરવા અને થોડા-સ્તરવાળા ગ્રાફીન મેળવવા માટે કરવામાં આવે છે, જેને ઘણીવાર ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. સોનિકેશન નીચા અને અત્યંત ચીકણા સસ્પેન્શન બંનેમાં ઉત્તમ ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ વિતરણ પ્રાપ્ત કરવામાં પણ શ્રેષ્ઠ છે.

ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ પ્રોસેસિંગ – Sonication સાથે શ્રેષ્ઠ પરિણામો

ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ પ્રોસેસિંગ માટે, પ્રોબ-ટાઈપ સોનિકેટર્સ સૌથી કાર્યક્ષમ, વિશ્વસનીય અને ઉપયોગમાં સરળ સાધન છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશનને ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સના સંશ્લેષણ, વિક્ષેપ અને કાર્યકારીકરણ માટે લાગુ કરી શકાય છે, તેથી સોનિકેટર્સનો ઉપયોગ અસંખ્ય ગ્રાફીન-સંબંધિત એપ્લિકેશનો માટે થાય છે:

• એક્સ્ફોલિયેશન અને સિન્થેસિસ પ્રોબ-ટાઈપ સોનિકેટર્સનો ઉપયોગ ગ્રેફાઈટને થોડા-સ્તરવાળા ગ્રાફીન અથવા ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સમાં એક્સ્ફોલિએટ કરવા માટે થાય છે. ઉચ્ચ-તીવ્રતાના અલ્ટ્રાસોનિકેશન ઇન્ટરલેયર દળોને વિક્ષેપિત કરે છે અને ગ્રેફાઇટને ગ્રાફીનની નાની, વ્યક્તિગત શીટ્સમાં તોડી નાખે છે.
• વિક્ષેપ: તમામ ગ્રાફીન-સંબંધિત એપ્લિકેશનો માટે પ્રવાહી માધ્યમમાં ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સનું એકસમાન વિક્ષેપ પ્રાપ્ત કરવું મહત્વપૂર્ણ છે. પ્રોબ-ટાઈપ સોનિકેટર્સ નેનોપ્લેટલેટ્સને સમગ્ર પ્રવાહીમાં સમાનરૂપે વિખેરી શકે છે, એકત્રીકરણને અટકાવે છે અને સ્થિર સસ્પેન્શનની ખાતરી કરે છે.
• કાર્યાત્મકતા: સોનિકેશન ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સના કાર્યાત્મક જૂથો અથવા પરમાણુઓને તેમની સપાટી પરના જોડાણને પ્રોત્સાહન આપીને કાર્યાત્મક બનાવવાની સુવિધા આપે છે. આ કાર્યાત્મકતા ચોક્કસ પોલિમર અથવા સામગ્રી સાથે તેમની સુસંગતતા વધારે છે.

સોનિકેશન દ્વારા ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ સિન્થેસિસ

ગ્રેફિન નેનોપ્લેટલેટ્સ અલ્ટ્રાસોનિકલી-સહાયિત ગ્રેફાઇટ એક્સ્ફોલિયેશન દ્વારા સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. તેથી, ગ્રેફાઇટ સસ્પેન્શનને પ્રોબ-પ્રકાર અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરનો ઉપયોગ કરીને સોનિકેટ કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા ખૂબ ઓછી (દા.ત. 4wt% અથવા ઓછી) થી ઉચ્ચ ઘન (દા.ત. 10wt% અથવા વધુ) સાંદ્રતા સાથે પરીક્ષણ કરવામાં આવી છે.
 
ઘાનેમ અને રેહિમ (2018) એ સોડિયમ ડોડેસીલ બેન્ઝીન સલ્ફોનેટ (SDS) ની મદદથી પાણીમાં ગ્રેફાઇટના અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશનનો અહેવાલ આપ્યો છે જેથી ખામી-મુક્ત થોડા-સ્તર ગ્રાફીન (>5) ની સફળ તૈયારી માટે મંજૂરી આપવામાં આવેલ પ્રોબ-ટાઇપ સોનિકેટર UP 100H નો ઉપયોગ કરીને વિખરાયેલા ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ તૈયાર કરી શકાય. નીચેના પુરોગામીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો: હમર પદ્ધતિ દ્વારા ઘટાડેલા ગ્રાફીન નેનોશીટ્સ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા અને બે વધારાના પગલાં સાથે સારવાર કરવામાં આવી હતી, ગ્રેફાઇટનું ઓક્સિડેશન અને ત્યારબાદ ગ્રાફીન ઓક્સાઇડમાં ઘટાડો. આમ, દ્રાવક વિક્ષેપ પદ્ધતિ દ્વારા પાણીમાં વિખરાયેલા ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ મેળવવામાં આવ્યા હતા (નીચેની યોજના જુઓ). પ્રોબ-ટાઇપ સોનિકેટર UP100H (100 W) નો ઉપયોગ કરીને સોનિકેશન દ્વારા ગ્રેફાઇટ સ્તરોને એક્સ્ફોલિયેટેડ કરવામાં આવ્યા હતા. 0.25 ગ્રામ SDS ને 150 mL ડીયોનાઇઝ્ડ પાણીમાં ઓગાળવામાં આવ્યું હતું અને પછી 0.5 ગ્રામ ગ્રેફાઇટ ઉમેરવામાં આવ્યું હતું. ગ્રેફાઇટ દ્રાવણને બરફના સ્નાનમાં 12 કલાક માટે સોનિકેટેડ કરવામાં આવ્યું હતું અને પછી મોટા કણોને દૂર કરવા માટે સસ્પેન્શન દ્રાવણને 30 મિનિટ માટે 686×g પર સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવ્યું હતું. અવક્ષેપને કાઢી નાખવામાં આવ્યો હતો અને સુપરનેટન્ટને 90 મિનિટ માટે 12,600×g પર ફરીથી સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવ્યું હતું. સર્ફેક્ટન્ટથી છુટકારો મેળવવા માટે મેળવેલા વિખરાયેલા ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સને ઘણી વખત સારી રીતે ધોવામાં આવ્યા હતા. અંતે, ઉત્પાદનને વેક્યૂમ હેઠળ 60ºC પર સૂકવવામાં આવ્યું હતું.

ગ્રેફિન નેનોશીટ્સની ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ છબીઓ મેળવી
અલ્ટ્રાસોનિકલી-આસિસ્ટેડ જલીય તબક્કાના વિક્ષેપ અને હમર પદ્ધતિ દ્વારા.
(અભ્યાસ અને ગ્રાફિક: ઘાનેમ અને રહીમ, 2018)

ગ્રાફીન શીટ્સ અને નેનોપ્લેટલેટ્સ વચ્ચે શું તફાવત છે?

ગ્રાફીન શીટ્સ અને ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ એ બંને નેનોમેટરિયલ્સ છે જે ગ્રાફીનથી બનેલા છે, જે ષટ્કોણ જાળીમાં ગોઠવાયેલા કાર્બન અણુઓનો એક સ્તર છે. કેટલીકવાર, ગ્રાફીન શીટ્સ અને ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટનો ઉપયોગ વિનિમયક્ષમ શબ્દો તરીકે થાય છે. પરંતુ વૈજ્ઞાનિક રીતે, આ ગ્રાફીન નેનોમટેરિયલ્સ વચ્ચે થોડા તફાવતો છે: ગ્રાફીન શીટ્સ અને ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ વચ્ચેનો પ્રાથમિક તફાવત તેમની રચના અને જાડાઈમાં રહેલો છે. ગ્રાફીન શીટ્સમાં કાર્બન અણુઓના એક સ્તરનો સમાવેશ થાય છે અને તે અપવાદરૂપે પાતળી હોય છે, જ્યારે ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ જાડા હોય છે અને બહુવિધ સ્ટેક્ડ ગ્રાફીન સ્તરોથી બનેલા હોય છે. આ માળખાકીય તફાવતો તેમના ગુણધર્મો અને ચોક્કસ એપ્લિકેશનો માટે યોગ્યતાને અસર કરી શકે છે. પ્રોબ-ટાઈપ સોનિકેટર્સનો ઉપયોગ ગ્રાફીન સિંગલ-લેયર ગ્રાફીન શીટ્સ તેમજ થોડા-સ્તરવાળા ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટને સંશ્લેષણ, વિખેરવા અને કાર્યાત્મક બનાવવા માટે અત્યંત અસરકારક અને કાર્યક્ષમ તકનીક છે.

સોનીકેટર UP100H નો ઉપયોગ કરીને ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સના અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણનું ગ્રાફિક વિઝ્યુલાઇઝિંગ
(અભ્યાસ અને ગ્રાફિક: ઘાનેમ અને રહીમ, 2018)

સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સનું વિક્ષેપ

ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ (GNPs) નું એકસરખું વિક્ષેપ વિવિધ કાર્યક્રમોમાં નિર્ણાયક છે કારણ કે તે પરિણામી સામગ્રી અથવા ઉત્પાદનોના ગુણધર્મો અને પ્રભાવને સીધી અસર કરે છે. તેથી, વિવિધ ઉદ્યોગોમાં ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ વિખેરવા માટે સોનિકેટર્સ ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે. પાવર-અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગ માટે નીચેના ઉદ્યોગો અગ્રણી ઉદાહરણો છે:
 

• નેનો-કમ્પોઝિટ: ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સને તેમના યાંત્રિક, વિદ્યુત અને થર્મલ ગુણધર્મોને વધારવા માટે વિવિધ નેનોકોમ્પોઝિટ સામગ્રી, જેમ કે પોલિમર્સમાં સામેલ કરી શકાય છે. પ્રોબ-ટાઈપ સોનિકેટર્સ પોલિમર મેટ્રિક્સની અંદર નેનોપ્લેટલેટ્સને સમાનરૂપે વિખેરવામાં મદદ કરે છે, જેના પરિણામે સામગ્રીની કામગીરીમાં સુધારો થાય છે.
• ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને બેટરીઓ: ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટનો ઉપયોગ બેટરી અને સુપરકેપેસિટર્સ માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇલેક્ટ્રોડ્સના વિકાસમાં થાય છે. સોનિકેશન સપાટીના વિસ્તાર સાથે સારી રીતે વિખરાયેલ ગ્રાફીન-આધારિત ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી બનાવવામાં મદદ કરે છે, જે ઊર્જા સંગ્રહ ક્ષમતાઓને સુધારે છે.
• ઉત્પ્રેરક: ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ પર આધારિત ઉત્પ્રેરક સામગ્રી તૈયાર કરવા માટે સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ગ્રાફીન સપાટી પર ઉત્પ્રેરક નેનોપાર્ટિકલ્સનું એકસમાન વિક્ષેપ વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિને વધારી શકે છે.
• સેન્સર્સ: ગેસ સેન્સિંગ, બાયોસેન્સિંગ અને પર્યાવરણીય દેખરેખ સહિત વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે સેન્સર્સના ફેબ્રિકેશનમાં ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. સોનિકેશન સેન્સર સામગ્રીમાં નેનોપ્લેટલેટનું એકરૂપ વિતરણ સુનિશ્ચિત કરે છે, જે સુધારેલ સંવેદનશીલતા અને પ્રદર્શન તરફ દોરી જાય છે.
• કોટિંગ્સ અને ફિલ્મો: પ્રોબ-ટાઇપ સોનિકેટર્સનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, એરોસ્પેસ અને રક્ષણાત્મક કોટિંગ્સમાં એપ્લિકેશન માટે ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ-આધારિત કોટિંગ્સ અને ફિલ્મો તૈયાર કરવા માટે થાય છે. એકસમાન વિખેરવું અને સબસ્ટ્રેટને યોગ્ય સંલગ્નતા આ એપ્લિકેશનો માટે નિર્ણાયક છે.
• બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સ: બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સમાં, ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સનો ઉપયોગ ડ્રગ ડિલિવરી, ઇમેજિંગ અને ટીશ્યુ એન્જિનિયરિંગ માટે થઈ શકે છે. સોનિકેશન આ એપ્લીકેશનમાં વપરાતા ગ્રાફીન-આધારિત નેનોપાર્ટિકલ્સ અને કોમ્પોઝીટ્સ તૈયાર કરવામાં મદદ કરે છે.

(b) X3000 અને (c) X8000 પર ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સની SEM છબીઓ
(અભ્યાસ અને છબીઓ: ©અલીઝાદેહ એટ અલ., 2018)

અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ વિક્ષેપ માટે વિજ્ઞાન-સાબિત પરિણામો

વૈજ્ઞાનિકોએ અસંખ્ય અભ્યાસોમાં ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સના સંશ્લેષણ અને વિક્ષેપ માટે Hielscher sonicators નો ઉપયોગ કર્યો છે અને અલ્ટ્રાસોનિકેશનની અસરોનું જોરશોરથી પરીક્ષણ કર્યું છે. નીચે, તમે ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટના વિવિધ મિશ્રણો જેમ કે જલીય સ્લરી, એક્સપોય રેઝિન અથવા મોર્ટારમાં સફળ મિશ્રણ માટેના કેટલાક ઉદાહરણો શોધી શકો છો.
 
ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સના વિશ્વસનીય, ઝડપી એકસમાન વિખેરવા માટેની સામાન્ય પ્રક્રિયા નીચેની પ્રક્રિયા છે:
વિખેરવા માટે, ગ્રેફિન નેનોપ્લેટલેટ્સને ગ્રાફીન શીટ્સના એકત્રીકરણને રોકવા માટે લગભગ એક કલાક માટે Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક મિક્સર UP400S નો ઉપયોગ કરીને શુદ્ધ એસિટોનની અંદર સોનિકેટ કરવામાં આવ્યા હતા. એસીટોન સંપૂર્ણપણે બાષ્પીભવન દ્વારા દૂર કરવામાં આવ્યું હતું. પછી, ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ ઇપોક્સી સિસ્ટમના 1 wt% પર ઉમેરવામાં આવ્યા હતા અને 15 મિનિટ માટે 90W પર ઇપોક્સી રેઝિનમાં સોનિક કરવામાં આવ્યા હતા.
(cf. Cakir et al., 2016)
 
અન્ય અભ્યાસમાં ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ ઉમેરીને આયનીય પ્રવાહી આધારિત નેનોફ્લુઇડ્સ (આયોનોફ્લુઇડ્સ) ના મજબૂતીકરણની તપાસ કરવામાં આવી છે. શ્રેષ્ઠ વિક્ષેપ માટે, ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ, આયનીય પ્રવાહી અને સોડિયમ ડોડેસીલ બેન્ઝીન સલ્ફોનેટનું મિશ્રણ લગભગ 90 મિનિટ માટે Hielscher પ્રોબ-ટાઈપ સોનીકેટર UP200S નો ઉપયોગ કરીને એકરૂપ કરવામાં આવ્યું હતું.
(cf. Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis et al. (2019) મોર્ટારમાં ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સના અસરકારક સમાવેશની જાણ કરો. તેથી, જલીય ગ્રાફીન સસ્પેન્શન નેનોપ્લેટલેટના ઉમેરા દ્વારા ઉત્પન્ન કરવામાં આવ્યા હતા - પરિણામી સામગ્રીમાં ઇચ્છનીય લક્ષ્ય સામગ્રી દ્વારા અંકિત વજન પર - નિયમિત નળના પાણી અને પ્લાસ્ટિસાઇઝરના મિશ્રણમાં અને 2 મિનિટ માટે અનુગામી ચુંબકીય હલનચલન. સસ્પેન્શનને 22mm-સોનોટ્રોડથી સજ્જ Hielscher UP400S ઉપકરણ (Hielscher Ultrasonics GmbH) નો ઉપયોગ કરીને 24 kHz ની આવર્તન પર 4500 J/min નો પાવર થ્રુપુટ પહોંચાડીને ઓરડાના તાપમાને 90 મિનિટ માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા એકરૂપ કરવામાં આવ્યું હતું. સસ્પેન્શન ગુણવત્તાના અલ્ટ્રાસોનિકેશન પરિમાણોની અસરની ઝીણવટભરી તપાસ બાદ ઉર્જા દર અને સોનિકેશન અવધિનું ચોક્કસ સંયોજન શ્રેષ્ઠ તરીકે સ્થાપિત થયું હતું.
(cf. Tragazikis et al., 2019)
 
ઝૈનલ એટ અલ. (2018) તેમના સંશોધનમાં જણાવે છે કે સોનિકેશન જેવી યોગ્ય વિખેરવાની તકનીક એ સુનિશ્ચિત કરે છે કે ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ જેવા નેનોમટેરિયલ્સ ઇન્ફિલ સામગ્રીના ગુણધર્મોને વધારી શકે છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે ઇપોક્સી ગ્રાઉટ જેવા ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા નેનોકોમ્પોઝિટ્સના ઉત્પાદન માટે વિક્ષેપ એ સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિબળોમાંનું એક છે.

ગ્રેફીન નેનોપ્લેટલેટ પ્રોસેસિંગ માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સોનિકેટર્સ

જ્યારે નેનોમટીરિયલ પ્રોસેસિંગ માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની વાત આવે છે ત્યારે Hielscher Ultrasonics એ માર્કેટ લીડર છે. Hielscher પ્રોબ-ટાઈપ સોનિકેટર્સનો ઉપયોગ વિશ્વભરમાં પ્રયોગશાળાઓ અને ઔદ્યોગિક સેટિંગ્સમાં વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે થાય છે, જેમાં ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટની પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે.
અત્યાધુનિક ટેક્નોલોજી, જર્મન કારીગરી અને એન્જિનિયરિંગ તેમજ લાંબા સમયનો ટેકનિકલ અનુભવ Hielscher Ultrasonics ને સફળ અલ્ટ્રાસોનિક એપ્લિકેશન માટે તમારા પસંદગીના ભાગીદાર બનાવે છે.

ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને કન્સલ્ટિંગ – જર્મનીમાં બનાવેલ ગુણવત્તા

Hielscher ultrasonicators તેમના ઉચ્ચતમ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇન ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ કામગીરી ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સના સરળ એકીકરણને મંજૂરી આપે છે. ખરબચડી પરિસ્થિતિઓ અને માંગવાળા વાતાવરણને Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ દ્વારા સરળતાથી નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે.

Hielscher Ultrasonics એ ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ પર વિશેષ ભાર મૂકે છે જેમાં અત્યાધુનિક ટેકનોલોજી અને વપરાશકર્તા-મિત્રતા દર્શાવવામાં આવે છે. અલબત્ત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA અને RoHs ની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે.

નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રોસેસિંગ ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: