Ultrasonic synthesis of graphene via graphite exfoliation is the most reliable and advantageous method to produce high-quality graphene sheets on industrial scale. Hielscher high-performance ultrasonic processors are precisely controllable and can generate very high amplitudes in 24/7 operation. This allows to prepare high volumes of pristine graphene in a facile and size-controllable way.

Graphene ના અલ્ટ્રાસોનિક તૈયારી

ગ્રેફાઇટની અસાધારણ લાક્ષણિકતાઓ જાણીતી હોવાથી તેની તૈયારી માટેની કેટલીક પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. ઘણી-પગલાંની પ્રક્રિયાઓમાં graphene oxide માંથી graphenes ના રાસાયણિક ઉત્પાદનની બાજુમાં, જેના માટે ખૂબ મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ અને ઘટાડવા એજન્ટ્સની જરૂર છે. વધુમાં, આ કઠોર રાસાયણિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ તૈયાર કરવામાં આવેલી ગ્રેફિન ઘણીવાર મોટી માત્રામાં ખામીઓ ધરાવે છે, જ્યારે અન્ય પદ્ધતિઓમાંથી મેળવેલા ગ્રૅપનેસની તુલનામાં ઘટાડો થાય છે. જો કે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ મોટી માત્રામાં ઉચ્ચ ગુણવત્તાની ગ્રેફિનનું ઉત્પાદન કરવા માટે સાબિત વિકલ્પ છે. સંશોધકોએ અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને સહેજ અલગ રીતે વિકસાવી છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે graphene ઉત્પાદન એક સરળ એક પગલું પ્રક્રિયા છે.

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

Advantages of Ultrasonic Graphene Exfoliation

Hielscher probe-type ultrasonicators and reactors turn graphene exfoliation into a highly efficient process used to produce graphene from graphite through the application of powerful ultrasound waves. This technique offers several advantages over other methods of graphene production. Major benefits of ultrasonic graphene exfoliation are the following:

• High efficiency: Graphene exfoliation via probe-type ultrasonication is a very efficient method of graphene production. It can produce large amounts of high-quality graphene in a short period of time.
• ઓછી કિંમત: The equipment required for ultrasonic exfoliation in industrial graphene production is relatively inexpensive compared to other methods of graphene production, such as chemical vapor deposition (CVD) and mechanical exfoliation.
• માપનીયતા: Exfoliating graphene via ultrasonicator can be easily scaled up for large-scale production of graphene. Ultrasonic exfoliation and dispersion of graphene can be run in batch as well as in continuous inline process. This makes it a viable option for industrial-scale applications.
• Control over graphene properties: Graphene exfoliation and delamination using probe-type ultrasonication allows for precise control over the properties of the graphene produced. This includes its size, thickness, and number of layers.
• Minimal environmental impact: Graphene exfoliation using an ultrasonic proven is a green method of graphene production, as it can be used with non-toxic, environmentally benign solvents such as water or ethanol. This means that ultrasonic graphene delamination allows to avoid or reduce the use of harsh chemicals or high temperatures. This makes it an environmentally friendly alternative to other graphene production methods.

Overall, graphene exfoliation using Hielscher probe-type ultrasonicators and reactors offers a cost-effective, scalable, and environmentally friendly method of graphene production with precise control over the properties of the resulting material.

Example for the Simple Production of Graphene using Sonication

Graphite is added in a mixture of dilute organic acid, alcohol, and water, and then the mixture is exposed to ultrasonic irradiation. The acid works as a “પરમાણુ ફાચર” જે પિતૃ ગ્રેફાઇટ થી graphene ના શીટ્સ અલગ પાડે છે. આ સરળ પ્રક્રિયા દ્વારા સુરક્ષિત, ઉચ્ચ ગુણવત્તા Graphene પાણી વિખેરાઇ વિશાળ જથ્થો બનાવવામાં આવે છે. (એક એટ અલ., 2010)
 

Graphene ડાયરેક્ટ એક્સ્ફોલિયેશન

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કાર્બનિક દ્રાવક, સરફેસ / જળ ઉકેલો, અથવા આયનીય પ્રવાહી માં graphenes તૈયાર કરવા માટે પરવાનગી આપે છે. આનો અર્થ એ થાય કે મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ માં રિડ્યુસિંગ એજન્ટની ઉપયોગ ટાળવો કરી શકો છો. Stankovich એટ અલ. (2007) Ultrasonication હેઠળ એક્સ્ફોલિયેશન દ્વારા Graphene ઉત્પાદન કર્યું હતું.
The AFM images of graphene oxide exfoliated by the ultrasonic treatment at concentrations of 1 mg/mL in water always revealed the presence of sheets with uniform thickness (~1 nm; example is shown in the picture below). These well-exfoliated samples of graphene oxide contained no sheets either thicker or thinner than 1nm, leading to a conclusion that complete exfoliation of graphene oxide down to individual graphene oxide sheets was indeed achieved under these conditions. (Stankovich et al. 2007)

AFM image of exfoliated GO sheets with three height profiles acquired in different locations
(picture and study: ©Stankovich et al., 2007)

Graphene શીટ્સ ના તૈયારી

Stengl et al. have shown the successful preparation of pure graphene sheets in large quantities during the production of nonstoichiometric TiO2 graphene nanocomposit by thermal hydrolysis of suspension with graphene nanosheets and titania peroxo complex. The pure graphene nanosheets were produced from natural graphite using a high intensity cavitation field generated by Hielscher ultrasonic processor UIP1000hd in a pressurized ultrasonic reactor at 5 bar. The graphene sheets obtained, with high specific surface area and unique electronic properties, can be used as a good support for TiO2 to enhance the photocatalytic activity. The research group claims that the quality of the ultrasonically prepared graphene is much higher than graphene obtained by Hummer’s method, where graphite is exfoliated and oxidized. As the physical conditions in the ultrasonic reactor can be precisely controlled and by the assumption that the concentration of graphene as a dopant will vary in the range of 1 – 0.001%, the production of graphene in a continuous system on commercial scale is easily installed. Industrial ultrasonicators and inline reactors for efficient exfoliation of high-quality graphene are readily available.

Graphene ઑકસાઈડ અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર દ્વારા તૈયારી

ઓહ એટ અલ. (2010) અવાજ ઇરેડિયેશન મદદથી Graphene ઓક્સાઇડ (જાઓ) સ્તરો પેદા કરવા માટે તૈયારી માર્ગ દર્શાવ્યો છે. તેથી, તેઓ દ-ionized પાણી 200 મિલી માં Graphene ઓક્સાઇડ પાવડર પચીસ મિલિગ્રામ્સ સસ્પેન્ડ કરી હતી. stirring દ્વારા તેઓ inhomogeneous બદામી સસ્પેન્શન મેળવી. પરિણામી સસ્પેન્શન sonicated કરવામાં આવી હતી (30 મિ, 1.3 × 105J), અને (ઓછામાં 373 K) ultrasonically સારવાર Graphene ઓક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરવામાં આવી હતી સૂકવી પછી. એક FTIR સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી દર્શાવે છે કે અવાજ સારવાર Graphene ઑકસાઈડ કાર્યાત્મક જૂથો બદલી ન હતી.

SEM image of graphene pristine nanosheets obtained by ultrasonication (Oh et al., 2010)

Graphene શીટ્સ ના Functionalization

ઝુ અને Suslick (2011) પોલિસ્ટરીન કાર્યાન્વિત ગ્રેફાઇટ તૈયાર કરવા માટે એક અનુકૂળ એક પગલું પદ્ધતિ વર્ણવે છે. તેમના અભ્યાસમાં, તેઓ મૂળભૂત કાચા માલ તરીકે ગ્રેફાઇટ ટુકડાઓમાં અને સ્ટેયરેને વપરાય છે. સ્ટેયરેને માં ગ્રેફાઇટ ટુકડાઓમાં (એક પ્રતિક્રિયાશીલ મોનોમર) sonicating દ્વારા, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઇરેડિયેશન એક સ્તર અને થોડા સ્તર Graphene પડદામાં ગ્રેફાઇટ ટુકડાઓમાં ના mechanochemical એક્સ્ફોલિયેશન પરિણમી હતી. સાથોસાથ, પોલિસ્ટરીન સાંકળો સાથે graphene શીટ્સ ના functionalization પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યો છે.
functionalization જ પ્રક્રિયા Graphene પર આધારિત મિશ્રણ માટે અન્ય વિનાઇલ monomers સાથે હાથ ધરવામાં કરી શકાય છે.

Graphene ડિસ્પરઝન્સનું

Graphene અને graphene ઓક્સાઇડનું વિક્ષેપ ગ્રેડ તેના ચોક્કસ લાક્ષણિકતાઓ સાથે graphene ની સંપૂર્ણ સંભાવનાને વાપરવા માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. જો graphene નિયંત્રિત શરતો હેઠળ વિખેરાયેલા નથી, તો graphene વિક્ષેપ ના polydispersity એક અણધારી અથવા nonideal વર્તન પરિણમી શકે છે એકવાર તે ઉપકરણો માં સમાવિષ્ટ છે કારણ કે graphene ગુણધર્મો તેના માળખાકીય પરિમાણો એક કાર્ય તરીકે બદલાય છે. આંતરસ્ત્રાવીય દળોને નબળા કરવા અને પ્રાયોગિક પ્રોસેસિંગ પરિમાણોના ચોક્કસ અંકુશ માટે Sonication એ સાબિત સારવાર છે.
"Graphene ઓક્સાઇડ (જાઓ), જે ખાસ કરીને સિંગલ સ્તર શીટ્સ તરીકે exfoliated છે, મુખ્ય polydispersity પડકારોમાંનો એક ટુકડાઓમાં બાજુની વિસ્તારમાં ભિન્નતા માંથી ઊભી થાય છે. તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે જે જાઓ સરેરાશ બાજુની કદ ગ્રેફાઇટ શરૂ સામગ્રી અને sonication શરતો બદલીને 20 μm 400 એનએમ ખસેડવામાં શકાય છે. "(લીલા એટ અલ., 2010)
The ultrasonic dispersing of graphene resulting in fine and even colloidal slurries has been demonstrated in various other studies. (Liu et al. 2011/ Baby et al. 2011/ Choi et al. 2010)
ઝાંગ એટ અલ. (2010) દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ વપરાશ દ્વારા 1 એમજી ઊંચી સાંદ્રતા સાથે સ્થિર Graphene વિક્ષેપ · એમએલ -1 અને પ્રમાણમાં શુદ્ધ graphene શીટ્સ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, અને તૈયાર graphene શીટ્સ 712 S ના એક ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રિક વાહકતા પ્રદર્શન · મીટર^-1. ફોરિયર રૂપાંતરિત ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રા અને રમન સ્પેક્ટ્રામાં પરીક્ષા પરિણામો સૂચવ્યું કે અવાજ તૈયારી પદ્ધતિ graphene ના રાસાયણિક અને સ્ફટિક માળખું ઓછી નુકસાન છે.

High Performance Ultrasonicators for Graphene Exfoliation

ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી ગ્રેફિન નેનો-શીટ્સના ઉત્પાદન માટે, વિશ્વસનીય ઉચ્ચ-પ્રભાવવાળા અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની જરૂર છે. કંપનવિસ્તાર, દબાણ અને તાપમાન આવશ્યક પરિમાણો છે, જે પ્રજનનક્ષમતા અને સુસંગત ઉત્પાદન ગુણવત્તા માટે નિર્ણાયક છે. હિલ્સચર અલ્ટ્રાસોનિક્સ’ ultrasonic processors are powerful and precisely controllable systems, which allow for the exact setting of process parameters and continuous high-power ultrasound output. Hielscher Ultrasonics industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Our customers are satisfied by the outstanding robustness and reliability of Hielscher Ultrasonics systems. The installation in fields of heavy-duty application, demanding environments and 24/7 operation ensure efficient and economical processing. Ultrasonic process intensification reduces processing time and achieves better results, i.e. higher quality, higher yields, innovative products.
નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનાનેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતા વિશે સંકેત આપે છે:

કાર્બન Nanoscrolls તૈયારી

Carbon Nanoscrolls are similar to multi-walled carbon nanotubes. The difference to MWCNTs is the open tips and the full accessibility of the inner surfaces to other molecules. They can be synthesized wet-chemically by intercalating graphite with potassium, exfoliating in water and sonicating the colloidal suspension. (cf. Viculis et al. 2003) The ultrasonication assists the scrolling up of the graphene monolayers into carbon nanoscrolls (see graphic below). A high conversion efficiency of 80% has been achieved, that makes the production of nanoscrolls interesting for commercial applications.

Ultrasonic synthesis of Carbon Nanoscrolls (Viculis et al. 2003)

Nanoribbons તૈયારી

હોંગજી ડેઇ અને સ્ટેનફોર્ડ યુનિવર્સિટીના તેમના સાથીઓના સંશોધન જૂથને નેનોરીબેબ્સ તૈયાર કરવા માટે એક ટેકનિક મળી. Graphene ઘોડાની લગામ graphene પાતળા સ્ટ્રીપ્સ કે graphene શીટ્સ કરતાં વધુ ઉપયોગી લાક્ષણિકતાઓ હોઈ શકે છે આશરે 10 એનએમ અથવા નાનાની પહોળાઈ પર, graphene ઘોડાની લગામ વર્તન એ સેમિકન્ડક્ટર જેવું જ છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન લંબાણપૂર્વક ખસેડવા માટે ફરજ પાડવામાં આવે છે. આમ, ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં સેમિકન્ડક્ટર જેવા વિધેયો સાથેના નેનોરીબોબ્બોનો ઉપયોગ કરવો રસપ્રદ હોઈ શકે છે (દા.ત. નાની, ઝડપી કમ્પ્યુટર ચિપ્સ માટે)
Dai એટ અલ. બે પગલાંઓ પર Graphene nanoribbons પાયા તૈયારી: પ્રથમ, તેઓ ગ્રેફાઇટ થી graphene ના સ્તરો 1000ºC એક હીટ ટ્રીટમેન્ટ દ્વારા આર્ગોન ગેસ 3% હાઇડ્રોજન એક મિનિટ માટે ઢીલાં. પછી, Graphene અલ્ટ્રાસાઉન્ડ મદદથી સ્ટ્રિપ્સ માં તૂટી ગયું હતું. nanoribbons આ ટેકનિક દ્વારા મેળવી ખૂબ લાક્ષણિકતા 'સરળ કરવામાં આવે છે’ પરંપરાગત lithographic માધ્યમ દ્વારા કરવામાં આવે છે જે કરતાં નહીં. (જિયા એટ અલ., 2009)