ગ્રેફીન ઓક્સાઇડ – અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન અને વિક્ષેપ
ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ પાણીમાં દ્રાવ્ય, એમ્ફિફિલિક, બિન-ઝેરી, બાયોડિગ્રેડેબલ છે અને તેને સ્થિર કોલોઇડ્સમાં સરળતાથી વિખેરી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન અને વિખેરવું એ ઔદ્યોગિક ધોરણે ગ્રાફીન ઓક્સાઇડને સંશ્લેષણ, વિખેરી અને કાર્યાત્મક બનાવવા માટે ખૂબ જ કાર્યક્ષમ, ઝડપી અને ખર્ચ-અસરકારક પદ્ધતિ છે. ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રોસેસિંગમાં, અલ્ટ્રાસોનિક ડિસ્પર્સર્સ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ-પોલિમર કમ્પોઝીટનું ઉત્પાદન કરે છે.
ગ્રાફીન ઓક્સાઇડનું અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન
ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ (GO) નેનોશીટ્સના કદને નિયંત્રિત કરવા માટે, એક્સ્ફોલિયેશન પદ્ધતિ મુખ્ય પરિબળ ભજવે છે. તેના ચોક્કસ નિયંત્રણક્ષમ પ્રક્રિયાના પરિમાણોને લીધે, અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન એ ઉચ્ચ ગુણવત્તાની ગ્રાફીન અને ગ્રાફીન ઓક્સાઇડના ઉત્પાદન માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ડિલેમિનેશન તકનીક છે.
ગ્રેફાઇટ ઓક્સાઇડમાંથી ગ્રાફીન ઓક્સાઇડના અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન માટે વિવિધ પ્રોટોકોલ ઉપલબ્ધ છે. નીચે એક અનુકરણીય વર્ણન શોધો:
ગ્રેફાઇટ ઓક્સાઇડ પાવડરને પીએચ મૂલ્ય 10 સાથે જલીય KOH માં મિશ્રિત કરવામાં આવે છે. એક્સ્ફોલિયેશન અને અનુગામી વિક્ષેપ માટે, પ્રોબ-પ્રકાર અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP200St (200W) નો ઉપયોગ થાય છે. પછીથી, વૃદ્ધત્વ પ્રક્રિયાને પ્રેરિત કરવા માટે K+ આયનો ગ્રાફીન બેઝલ પ્લેન પર જોડવામાં આવે છે. રોટરી બાષ્પીભવન (2 કલાક) હેઠળ વૃદ્ધત્વ પ્રાપ્ત થાય છે. વધુ પડતા K+ આયનોને દૂર કરવા માટે, પાવડરને ઘણી વખત ધોવાઇ અને સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવે છે.
મેળવેલ મિશ્રણને સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવે છે અને ફ્રીઝમાં સૂકવવામાં આવે છે, જેથી વિખેરાઈ શકે તેવા ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ પાવડરનો અવક્ષેપ થાય.
વાહક ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ પેસ્ટની તૈયારી: વાહક પેસ્ટ બનાવવા માટે ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ પાવડરને સોનિકેશન હેઠળ ડાયમેથાઈલફોર્માઈડ (DMF) માં વિખેરી શકાય છે. (હાન એટ અલ.2014)
ગ્રેફીન ઓક્સાઇડ – એક્સ્ફોલિયેશન (તસવીર: પોટ્સ એટ અલ. 2011)
ગ્રાફીન ઓક્સાઇડનું અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરવું
ગ્રાફીન ઓક્સાઇડનું અલ્ટ્રાસોનિક ફંક્શનલાઇઝેશન
સોનિકેશનનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ (GO)ને પોલિમર અને કમ્પોઝીટમાં સામેલ કરવા માટે થાય છે.
ઉદાહરણો:
- ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ-TiO2 માઇક્રોસ્ફિયર કમ્પોઝિટ
- પોલિસ્ટરીન-મેગ્નેટાઇટ-ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ સંયુક્ત (કોર-શેલ સ્ટ્રક્ચર્ડ)
- પોલિસ્ટરીન ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ કમ્પોઝિટ ઘટાડે છે
- પોલિઆનિલિન નેનોફાઇબર-કોટેડ પોલિસ્ટરીન/ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ (PANI-PS/GO) કોર શેલ સંયુક્ત
- પોલિસ્ટરીન-ઇન્ટરકેલેટેડ ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ
- p-phenylenediamine-4vinylbenzen-polystyrene modified graphene oxide
ગ્રેફિન ઓક્સાઇડ એક્સ્ફોલિયેશન માટે અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ
Graphene અને Graphene ઓક્સાઇડ પ્રોસેસિંગ માટે Sonicators
Hielscher Ultrasonics, graphene અને graphene oxide ના exfoliation, dispersion અને ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રોસેસિંગ માટે હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ ઓફર કરે છે. વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ અને અત્યાધુનિક રિએક્ટર્સ જરૂરી શક્તિ, પ્રક્રિયાની સ્થિતિ તેમજ ચોક્કસ નિયંત્રણ તરીકે પ્રદાન કરે છે, જેથી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાના પરિણામો ઇચ્છિત પ્રક્રિયાના લક્ષ્યોને બરાબર ટ્યુન કરી શકાય.
સૌથી મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા પરિમાણો પૈકીનું એક અલ્ટ્રાસોનિક કંપનવિસ્તાર છે, જે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ પર વાઇબ્રેશનલ વિસ્તરણ અને સંકોચન છે. Hielscher માતાનો ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર પહોંચાડવા માટે બાંધવામાં આવે છે. 24/7 ઓપરેશનમાં 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. પણ ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર માટે, Hielscher વૈવિધ્યપૂર્ણ અલ્ટ્રાસોનિક ચકાસણીઓ ઓફર કરે છે. અમારા બધા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરોને જરૂરી પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓમાં બરાબર ગોઠવી શકાય છે અને બિલ્ટ-ઇન સોફ્ટવેર દ્વારા સરળતાથી મોનિટર કરી શકાય છે. આ ઉચ્ચતમ વિશ્વસનીયતા, સુસંગત ગુણવત્તા અને પુનઃઉત્પાદનક્ષમ પરિણામોની ખાતરી આપે છે. Hielscher sonicators ની મજબૂતતા ભારે ફરજ પર અને માંગવાળા વાતાવરણમાં 24/7 કામગીરી માટે પરવાનગી આપે છે. આનાથી ગ્રાફીન, ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ અને ગ્રાફિક સામગ્રીની મોટા પાયે તૈયારી માટે સોનિકેશનને પસંદગીની ઉત્પાદન તકનીક બનાવે છે.
અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ અને એસેસરીઝ (જેમ કે વિવિધ કદ અને ભૂમિતિ સાથે સોનોટ્રોડ્સ અને રિએક્ટર) ની વિશાળ ઉત્પાદન શ્રેણી ઓફર કરવી, સૌથી યોગ્ય પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓ અને પરિબળો (દા.ત. રીએજન્ટ્સ, વોલ્યુમ દીઠ અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા ઇનપુટ, દબાણ, તાપમાન, પ્રવાહ દર વગેરે) હોઈ શકે છે. ઉચ્ચ ગુણવત્તા પ્રાપ્ત કરવા માટે પસંદ કરેલ છે. અમારા અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટર્સને કેટલાક સો બાર્ગ સુધી દબાણ કરી શકાય છે, તેથી 250,000 સેન્ટિપોઇઝ સાથે અત્યંત ચીકણું પેસ્ટનું સોનિકેશન Hielschers અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ માટે કોઈ સમસ્યા નથી.
આ પરિબળોને લીધે, અલ્ટ્રાસોનિક ડિલેમિનેશન / એક્સ્ફોલિયેશન અને ડિસ્પર્સિંગ પરંપરાગત મિશ્રણ અને મિલિંગ તકનીકોને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે.
- ઉચ્ચ ક્ષમતા
- ઉચ્ચ દબાણયુક્ત દળો
- ઉચ્ચ દબાણ લાગુ
- ચોક્કસ નિયંત્રણ
- સીમલેસ માપનીયતા (રેખીય)
- બેચ અને સતત
- પુનઃઉત્પાદન પરિણામો
- વિશ્વસનીયતા
- મજબૂતાઈ
- ઉચ્ચ ઊર્જા કાર્યક્ષમતા
અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાફીન સંશ્લેષણ, વિક્ષેપ અને કાર્યાત્મકતા વિશે વધુ જાણવા માટે, કૃપા કરીને અહીં ક્લિક કરો:
- ગ્રાફીન ઉત્પાદન
- ગ્રાફીન નેનોપ્લેટલેટ્સ
- પાણી આધારિત ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશન
- પાણી-વિખેરાઈ શકાય તેવું ગ્રાફીન
- ગ્રેફીન ઓક્સાઇડ
- xenes
જાણવા લાયક હકીકતો
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને પોલાણ: સોનિકેશન હેઠળ ગ્રેફાઇટને ગ્રેફિન ઓક્સાઇડમાં કેવી રીતે એક્સ્ફોલિયેટ કરવામાં આવે છે
ગ્રેફાઇટ ઓક્સાઇડ (GrO) નું અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન એકોસ્ટિક પોલાણ દ્વારા પ્રેરિત ઉચ્ચ શીયર ફોર્સ પર આધારિત છે. એકોસ્ટિક પોલાણ વૈકલ્પિક ઉચ્ચ દબાણ / નીચા દબાણ ચક્રને કારણે ઉદ્ભવે છે, જે પ્રવાહીમાં શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના જોડાણ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. નીચા દબાણ ચક્ર દરમિયાન ખૂબ જ નાના ખાલી જગ્યાઓ અથવા શૂન્યાવકાશ પરપોટા થાય છે, જે વૈકલ્પિક નીચા દબાણ ચક્ર પર વધે છે. જ્યારે શૂન્યાવકાશ પરપોટા એવા કદને પ્રાપ્ત કરે છે જ્યાં તેઓ વધુ ઉર્જા શોષી શકતા નથી, ત્યારે તેઓ ઉચ્ચ દબાણ ચક્ર દરમિયાન હિંસક રીતે તૂટી પડે છે. બબલ ઇમ્પ્લોશનના પરિણામે કેવિટેશનલ શીયર ફોર્સ અને સ્ટ્રેસ વેવ્સ, 6000K સુધીનું આત્યંતિક તાપમાન, 10 થી વધુ ઠંડકનો દર10K/s, 2000atm સુધીનું ખૂબ જ ઊંચું દબાણ, 1000km/h (∼280m/s) ની ઝડપે ભારે દબાણના તફાવતો તેમજ પ્રવાહી જેટ.
તે તીવ્ર બળો ગ્રેફાઇટ સ્ટેક્સને અસર કરે છે, જે સિંગલ- અથવા થોડા-સ્તરવાળા ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ અને મૂળ ગ્રાફીન નેનોશીટ્સમાં વિભાજિત થાય છે.
ગ્રેફીન ઓક્સાઇડ
ગ્રેફિન ઓક્સાઇડ (GO) એક્સફોલિએટિંગ ગ્રેફાઇટ ઓક્સાઇડ (GrO) દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. જ્યારે ગ્રેફાઇટ ઓક્સાઇડ એ 3D સામગ્રી છે જેમાં ઇન્ટરકેલેટેડ ઓક્સિજન સાથે ગ્રાફીન સ્તરોના લાખો સ્તરોનો સમાવેશ થાય છે, જ્યારે ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ એ મોનો- અથવા થોડા-સ્તરનું ગ્રાફીન છે જે બંને બાજુઓ પર ઓક્સિજનયુક્ત છે.
ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ અને ગ્રાફીન નીચેની લાક્ષણિકતાઓમાં એકબીજાથી અલગ છે: ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ ધ્રુવીય છે, જ્યારે ગ્રાફીન બિનધ્રુવીય છે. ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ હાઇડ્રોફિલિક છે, જ્યારે ગ્રેફિન હાઇડ્રોફોબિક છે.
આનો અર્થ એ છે કે, ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ પાણીમાં દ્રાવ્ય, એમ્ફિફિલિક, બિન-ઝેરી, બાયોડિગ્રેડેબલ છે અને સ્થિર કોલોઇડલ સસ્પેન્શન બનાવે છે. ગ્રાફીન ઓક્સાઇડની સપાટીમાં ઇપોક્સી, હાઇડ્રોક્સિલ અને કાર્બોક્સિલ જૂથો છે, જે કેશન અને આયનોની સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે ઉપલબ્ધ છે. તેમની અનન્ય કાર્બનિક-અકાર્બનિક સંકર રચના અને અસાધારણ ગુણધર્મોને લીધે, GO-પોલિમર કમ્પોઝિટ મેનીફોલ્ડ ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનો માટે ઉચ્ચ સંભાવના પ્રદાન કરે છે. (ટોલાઝ એટ અલ. 2014)
ગ્રાફીન ઓક્સાઇડમાં ઘટાડો
ગ્રેફિન ઓક્સાઇડના અલ્ટ્રાસોનિક, રાસાયણિક અથવા થર્મલ ઘટાડા દ્વારા ઘટાડેલ ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ (rGO) ઉત્પન્ન થાય છે. ઘટાડાના પગલા દરમિયાન, ગ્રેફીન ઓક્સાઇડની મોટાભાગની ઓક્સિજન કાર્યક્ષમતાઓને દૂર કરવામાં આવે છે જેથી પરિણામી ઘટાડો થયેલો ગ્રેફીન ઓક્સાઇડ (rGO) પ્રાચીન ગ્રાફીન જેવી જ લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે. જો કે, ઘટાડેલ ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ (rGO) શુદ્ધ ગ્રાફીન તરીકે ખામી રહિત અને નૈસર્ગિક નથી.
સાહિત્ય/સંદર્ભ
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.