વોટર-ડિસ્પર્સિબલ ગ્રાફીનનું અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન

• ઉચ્ચ થ્રુપુટ સાથે અને ઓછા ખર્ચે અલ્ટ્રાસોનિક એક્સફોલિયેશન દ્વારા મોનો- અને બાય-લેયર ગ્રાફીન નેનોશીટ્સ ઝડપથી ઉત્પાદન કરી શકાય છે.
• અલ્ટ્રાસોનિકલી એક્સ્ફોલિએટેડ ગ્રાફીનને પાણી-વિખેરાઈ શકે તેવા ગ્રાફીન મેળવવા માટે બાયોપોલિમર્સ સાથે કાર્યરત કરી શકાય છે.
• અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ દ્વારા, સંશ્લેષિત ગ્રાફીનને સ્થિર પાણી-આધારિત વિક્ષેપમાં આગળ પ્રક્રિયા કરી શકાય છે.

ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રાફીનનું અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન

અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ ગ્રેફાઇટ ફ્લેક્સ અથવા કણોમાંથી ગ્રાફીન સ્તરો (મોનો-, બાય- અને થોડા-સ્તરવાળા ગ્રાફીન) બનાવવાની વિશ્વસનીય પદ્ધતિ છે. જ્યારે અન્ય સામાન્ય એક્સ્ફોલિયેશન તકનીકો જેમ કે બોલ- અને રોલ મિલ્સ અથવા ઉચ્ચ-શીયર મિક્સર્સ ઓછી ગુણવત્તા અને આક્રમક રીએજન્ટ્સ અને સોલવન્ટના ઉપયોગ સાથે જોડાયેલા હોય છે, ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન પદ્ધતિ તેના ઉચ્ચ ગુણવત્તાની આઉટપુટ, ઉચ્ચ પ્રક્રિયા ક્ષમતા અને હળવી પ્રક્રિયાની સ્થિતિ દ્વારા ખાતરી આપે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ તીવ્ર શીયર ફોર્સ બનાવે છે, જે સ્ટેક્ડ ગ્રેફાઇટ સ્તરોને મોનો-, દ્વિ- અને ખામી-મુક્ત ગ્રાફીનના થોડા-સ્તરોમાં અલગ કરે છે.

સોનિકેશન દ્વારા પાણી-વિખેરાઈ શકાય તેવી ગ્રાફીન શીટ્સ

અલ્ટ્રાસોનિકેશન એ પાણી અથવા કાર્બનિક દ્રાવકોમાં કાર્બનનાનોટ્યુબને ગૂંચવવા માટે પુનરાવર્તિત પરિણામો સાથેની એક અસરકારક પ્રક્રિયા છે.[/caption]સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, ગ્રાફીન ભાગ્યે જ પાણીમાં વિખેરાઈ શકે છે અને જ્યારે જલીય માધ્યમમાં વિખેરવામાં આવે ત્યારે એકંદર અને સમૂહ બનાવે છે. જલીય પ્રણાલીઓમાં સસ્તી, બિન-ઝેરી, પર્યાવરણ-મૈત્રીપૂર્ણ હોવાના નોંધપાત્ર ફાયદાઓ હોવાથી, પાણી આધારિત ગ્રાફીન પ્રણાલીઓ ગ્રાફીન ઉત્પાદકો અને ડાઉનસ્ટ્રીમ ઉદ્યોગ માટે અત્યંત આકર્ષક છે.
પાણી-વિખેરાઈ શકે તેવા ગ્રાફીન નેનોશીટ્સ મેળવવા માટે, અલ્ટ્રાસોનિકલી એક્સફોલિએટેડ ગ્રાફીનને પોલિસેકરાઇડ્સ / બાયોપોલિમર્સ જેમ કે પુલ્યુલાન, ચિટોસન, અલ્જીનેટ, જિલેટીન અથવા ગમ અરેબિક સાથે સંશોધિત કરવામાં આવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક્સનો ઉપયોગ કરીને ગ્રેફાઇટના ડાયરેક્ટ એક્સ્ફોલિયેશનનો પ્રોટોકોલ

બિન-આયોનિક પુલ્યુલન અને એનિઓનિક અલ્જીનેટ (1.0 ગ્રામ) અલગથી 20 મિલી નિસ્યંદિત પાણીમાં ઓગળવામાં આવ્યા હતા, જ્યારે કેશનિક ચિટોસન (0.4 ગ્રામ) 1 wt% એસિટિક એસિડ સાથે 20 મિલી નિસ્યંદિત પાણીમાં ઓગળવામાં આવ્યા હતા. ગ્રેફાઇટ પાવડરને જલીય બાયોપોલિમર સોલ્યુશનમાં વિખેરવામાં આવ્યો હતો અને પ્રોબ-ટાઇપ અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP200S (મહત્તમ પાવર 200 W, ફ્રીક્વન્સી 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Germany) નો ઉપયોગ કરીને સારવાર કરવામાં આવી હતી, જેમાં ટાઇટેનિયમ સોનોટ્રોડ (માઇક્રો ટીપ S3, ટીપ 3 એમએમએમએમપી, મહત્તમ વ્યાસ) સાથે સજ્જ હતું. 210µm, એકોસ્ટિક પાવર ડેન્સિટી અથવા સપાટીની તીવ્રતા 460 W cm-2) નીચેની શરતો હેઠળ: 0.5 ચક્ર અને 50% કંપનવિસ્તાર, અનુક્રમે 10, 20, 30 અને 60 મિનિટના સમયગાળા માટે. શ્રેષ્ઠ પરિણામો 30min sonication પર મેળવવામાં આવ્યા હતા. 731 Ws ml-1 ના ઉર્જા વપરાશ (એકમ વોલ્યુમ દીઠ ઊર્જા ઉત્પાદન) સાથે 30 મિનિટ માટે 16.25 W ની શક્તિ પર Sonication લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું.
ત્યારપછી, એક્સ્ફોલિએટેડ ગ્રેફાઇટ કણોને દૂર કરવા માટે મિશ્રણને 1500 આરપીએમ પર 60 મિનિટ માટે સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવ્યું હતું અને પછી 5 વખત ધોવામાં આવ્યું હતું અને વધારાના બાયોપોલિમર્સને દૂર કરવા માટે 20 મિનિટ માટે ફરીથી 5000 આરપીએમ પર સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવ્યું હતું. પરિણામી ઘેરા-ગ્રે સોલ્યુશનને 40ºC તાપમાને વેક્યૂમ-સૂકવવામાં આવ્યાં જ્યાં સુધી કોઈ સામૂહિક નુકશાન ન થાય. પરિણામી પોલિમર-ગ્રાફીન પાઉડરને પાત્રાલેખન માટે પાણીમાં ફરીથી વિતરિત કરવામાં આવ્યા હતા (પુલ્યુલન અને ચિટોસન માટે 1 મિલિગ્રામ મિલી-1; અલ્જિનેટ માટે 0.18 મિલિગ્રામ મિલી-1). પુલ્યુલાન-, એલ્જીનેટ- અને ચિટોસન-સહાયિત અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા મેળવવામાં આવેલી ગ્રાફીન શીટ્સ અનુક્રમે પુલ-જી, એલ્ગ-જી અને ચિટ-જી તરીકે દર્શાવવામાં આવી હતી.
ત્રણ સિસ્ટમોમાંથી, પુલ્યુલન અને ચિટોસન એલ્જીનેટ કરતાં ગ્રેફાઇટના એક્સ્ફોલિયેશનમાં વધુ અસરકારક હતા. આ પદ્ધતિથી એક્સ્ફોલિયેટેડ મોનો-, દ્વિ- અને થોડા-સ્તરવાળી ગ્રાફીન શીટ્સ માત્ર ઓછી બાજુની (કિનારીઓ) ખામીઓ સાથે મળી. ગ્રાફીન સપાટી પર બાયોપોલિમર્સનું શોષણ જલીય વિક્ષેપની લાંબા સમય સુધી ચાલતી સ્થિરતા (6 મહિનાથી વધુ) આપે છે.
(cf. Unalan et al. 2015)

પાણીમાં ગ્રેફાઇટ ફ્લેકના સોનો-મિકેનિકલ એક્સ્ફોલિયેશનને દર્શાવતી ફ્રેમનો હાઇ-સ્પીડ સિક્વન્સ (a થી f) UP200S નો ઉપયોગ કરીને, 3-mm સોનોટ્રોડ સાથે 200W અલ્ટ્રાસોનિકેટર. તીરો વિભાજન (એક્સફોલિયેશન) ની જગ્યા દર્શાવે છે જેમાં વિભાજનમાં પ્રવેશતા પોલાણ પરપોટા છે.
(અભ્યાસ અને ચિત્રો: © ટ્યુર્નિના એટ અલ. 2020

ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશન માટે અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ

Hielscher હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ ગ્રેફાઇટ અને ગ્રાફીનના સફળ એક્સ્ફોલિયેશન અને વિક્ષેપ માટે વિશ્વભરમાં થાય છે. અમારા અલ્ટ્રાસોનિક ડિસ્પર્સર્સ લેબ અને બેન્ચ-ટોપથી લઈને સંપૂર્ણ ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન એકમો સુધી ઉપલબ્ધ છે. મજબૂતાઈ, 24/7 કામગીરી અને ઓછી જાળવણી ઉપરાંત, Hielscher ultrasonicators પ્રોસેસિંગની ઉચ્ચ સરળતા અને રેખીય માપનીયતા દ્વારા ખાતરી આપે છે.
પ્રક્રિયાઓને લેબમાં સરળતાથી ચકાસી શકાય છે અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે. પછીથી, તમામ પ્રક્રિયાના પરિણામોને વાણિજ્યિક ઉત્પાદન સ્તરે સંપૂર્ણપણે રેખીય માપી શકાય છે. આ ઉચ્ચ ગુણવત્તાની ગ્રાફીન શીટ્સના ઉચ્ચ વોલ્યુમ માટે સોનિકેશનને અસરકારક અને કાર્યક્ષમ ઉત્પાદન પદ્ધતિ બનાવે છે.
Hielscher Ultrasonics ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તાર પહોંચાડી શકે છે. 24/7 ઓપરેશનમાં 200µm સુધીના કંપનવિસ્તાર સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર માટે, કસ્ટમાઇઝ્ડ અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે. મેચિંગ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ રિએક્ટર ઉચ્ચ ગુણવત્તાની ગ્રાફીન નેનોશીટ્સ તેમજ સ્થિર નેનોશીટ વિખેરવાના વિશ્વસનીય અને સલામત મોટા પાયે ઉત્પાદનની ક્ષમતાને સુનિશ્ચિત કરે છે.

Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની મજબૂતાઈ ભારે ફરજ પર અને માંગવાળા વાતાવરણમાં 24/7 કામગીરી માટે પરવાનગી આપે છે.
નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રોસેસિંગ ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે: