અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાફીન ઉત્પાદન
ગ્રેફાઇટ એક્સ્ફોલિયેશન દ્વારા ગ્રેફિનનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ એ ઔદ્યોગિક ધોરણે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી ગ્રાફીન શીટ્સ બનાવવાની સૌથી વિશ્વસનીય અને ફાયદાકારક પદ્ધતિ છે. Hielscher ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ ચોક્કસપણે નિયંત્રણક્ષમ છે અને 24/7 ઓપરેશનમાં ખૂબ જ ઉચ્ચ કંપનવિસ્તાર પેદા કરી શકે છે. આનાથી નૈસર્ગિક ગ્રાફીનના ઊંચા જથ્થાને સરળ અને કદ-નિયંત્રિત રીતે તૈયાર કરવાની મંજૂરી મળે છે.
ગ્રાફીનની અલ્ટ્રાસોનિક તૈયારી
ગ્રેફાઇટની અસાધારણ લાક્ષણિકતાઓ જાણીતી હોવાથી, તેની તૈયારી માટેની ઘણી પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. મલ્ટિ-સ્ટેપ પ્રક્રિયાઓમાં ગ્રાફીન ઓક્સાઇડમાંથી ગ્રાફીનના રાસાયણિક ઉત્પાદનની સાથે, જેના માટે ખૂબ જ મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટોની જરૂર છે. વધુમાં, આ કઠોર રાસાયણિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ તૈયાર કરવામાં આવેલ ગ્રાફીન અન્ય પદ્ધતિઓમાંથી મેળવેલા ગ્રાફીનની સરખામણીમાં ઘટાડા પછી પણ મોટા પ્રમાણમાં ખામીઓ ધરાવે છે. જો કે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા ગ્રાફીનના ઉત્પાદન માટે એક સાબિત વિકલ્પ છે, તે પણ મોટી માત્રામાં. સંશોધકોએ અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને થોડી અલગ રીતો વિકસાવી છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે ગ્રાફીનનું ઉત્પાદન એ એક સરળ એક-પગલાની 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
UIP2000hdT – ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશન માટે 2kW શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસોનિકેટર
અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશનના ફાયદા
Hielscher પ્રોબ-ટાઈપ અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ અને રિએક્ટર ગ્રાફીન એક્સફોલિયેશનને શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉપયોગ દ્વારા ગ્રેફાઈટમાંથી ગ્રાફીન બનાવવા માટે વપરાતી અત્યંત કાર્યક્ષમ પ્રક્રિયામાં ફેરવે છે. આ ટેકનીક ગ્રેફીન ઉત્પાદનની અન્ય પદ્ધતિઓ કરતાં અનેક ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશનના મુખ્ય ફાયદા નીચે મુજબ છે:
- ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા: પ્રોબ-ટાઈપ અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશન એ ગ્રાફીન ઉત્પાદનની ખૂબ જ કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે. તે ટૂંકા ગાળામાં મોટી માત્રામાં ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રાફીનનું ઉત્પાદન કરી શકે છે.
- ઓછી કિંમત: ઔદ્યોગિક ગ્રાફીન ઉત્પાદનમાં અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન માટે જરૂરી સાધનો ગ્રેફિન ઉત્પાદનની અન્ય પદ્ધતિઓ, જેમ કે રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD) અને યાંત્રિક એક્સ્ફોલિયેશનની તુલનામાં પ્રમાણમાં સસ્તું છે.
- માપનીયતા: ગ્રેફિનના મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિકેટર દ્વારા એક્સફોલિએટિંગ ગ્રાફીનને સરળતાથી માપી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક એક્સ્ફોલિયેશન અને ગ્રેફિનનું વિક્ષેપ બેચમાં તેમજ સતત ઇનલાઇન પ્રક્રિયામાં ચલાવી શકાય છે. આ તેને ઔદ્યોગિક-સ્કેલ એપ્લિકેશન્સ માટે એક સક્ષમ વિકલ્પ બનાવે છે.
- ગ્રાફીન ગુણધર્મો પર નિયંત્રણ: પ્રોબ-ટાઈપ અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશન અને ડિલેમિનેશન, ઉત્પાદિત ગ્રાફીનના ગુણધર્મો પર ચોક્કસ નિયંત્રણ માટે પરવાનગી આપે છે. આમાં તેનું કદ, જાડાઈ અને સ્તરોની સંખ્યા શામેલ છે.
- ન્યૂનતમ પર્યાવરણીય અસર: અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોવેનનો ઉપયોગ કરીને ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશન એ ગ્રાફીન ઉત્પાદનની લીલી પદ્ધતિ છે, કારણ કે તેનો ઉપયોગ બિન-ઝેરી, પર્યાવરણીય રીતે સૌમ્ય દ્રાવક જેમ કે પાણી અથવા ઇથેનોલ સાથે થઈ શકે છે. આનો અર્થ એ છે કે અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાફીન ડિલેમિનેશન કઠોર રસાયણો અથવા ઉચ્ચ તાપમાનના ઉપયોગને ટાળવા અથવા ઘટાડવાની મંજૂરી આપે છે. આ તેને અન્ય ગ્રાફીન ઉત્પાદન પદ્ધતિઓ માટે પર્યાવરણને અનુકૂળ વિકલ્પ બનાવે છે.
એકંદરે, Hielscher પ્રોબ-ટાઈપ અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ અને રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરીને ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશન પરિણામી સામગ્રીના ગુણધર્મો પર ચોક્કસ નિયંત્રણ સાથે ગ્રાફીન ઉત્પાદનની ખર્ચ-અસરકારક, સ્કેલેબલ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે.
સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ગ્રાફીનના સરળ ઉત્પાદન માટેનું ઉદાહરણ
પાતળું કાર્બનિક એસિડ, આલ્કોહોલ અને પાણીના મિશ્રણમાં ગ્રેફાઇટ ઉમેરવામાં આવે છે, અને પછી મિશ્રણ અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશનના સંપર્કમાં આવે છે. એસિડ એ તરીકે કામ કરે છે “પરમાણુ ફાચર” જે પેરેન્ટ ગ્રેફાઇટથી ગ્રેફિનની શીટ્સને અલગ કરે છે. આ સરળ પ્રક્રિયા દ્વારા, પાણીમાં વિખરાયેલા વિનાશક, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રાફીનનો મોટો જથ્થો બનાવવામાં આવે છે. (એન એટ અલ. 2010)
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)
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
ગ્રાફીન ડાયરેક્ટ એક્સ્ફોલિયેશન
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કાર્બનિક સોલવન્ટ્સ, સર્ફેક્ટન્ટ્સ/વોટર સોલ્યુશન્સ અથવા આયનીય પ્રવાહીમાં ગ્રાફીન તૈયાર કરવાની મંજૂરી આપે છે. આનો અર્થ એ છે કે મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ અથવા ઘટાડતા એજન્ટોનો ઉપયોગ ટાળી શકાય છે. સ્ટેનકોવિચ એટ અલ. (2007) અલ્ટ્રાસોનિકેશન હેઠળ એક્સ્ફોલિયેશન દ્વારા ગ્રાફીનનું ઉત્પાદન કર્યું.
પાણીમાં 1 mg/mL ની સાંદ્રતા પર અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રીટમેન્ટ દ્વારા એક્સ્ફોલિયેટ કરાયેલ ગ્રાફીન ઓક્સાઇડની AFM છબીઓ હંમેશા સમાન જાડાઈ સાથે શીટ્સની હાજરી જાહેર કરે છે (~1 nm; ઉદાહરણ નીચે ચિત્રમાં બતાવેલ છે). ગ્રાફીન ઓક્સાઇડના આ સારી રીતે એક્સ્ફોલિયેટેડ નમૂનાઓમાં 1nm કરતાં વધુ જાડી અથવા પાતળી કોઈ શીટ્સ નથી, જેનાથી એવા નિષ્કર્ષ પર દોરી જાય છે કે વ્યક્તિગત ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ શીટ્સ પર ગ્રાફીન ઓક્સાઇડનું સંપૂર્ણ એક્સ્ફોલિયેશન ખરેખર આ શરતો હેઠળ પ્રાપ્ત થયું હતું. (સ્ટેન્કોવિચ એટ અલ. 2007)
અલગ-અલગ સ્થળોએ મેળવેલ ત્રણ ઊંચાઈ પ્રોફાઇલ સાથે એક્સફોલિએટેડ GO શીટ્સની AFM છબી
(ચિત્ર અને અભ્યાસ: ©સ્ટેન્કોવિચ એટ અલ., 2007)
ગ્રાફીન શીટ્સની તૈયારી
સ્ટેંગલ એટ અલ. ગ્રાફીન નેનોશીટ્સ અને ટાઇટેનિયા પેરોક્સો કોમ્પ્લેક્સ સાથે સસ્પેન્શનના થર્મલ હાઇડ્રોલિસિસ દ્વારા નોનસ્ટોઇકિયોમેટ્રિક TiO2 ગ્રાફીન નેનોકોમ્પોઝિટના ઉત્પાદન દરમિયાન મોટી માત્રામાં શુદ્ધ ગ્રાફીન શીટ્સની સફળ તૈયારી દર્શાવી છે. શુદ્ધ ગ્રાફીન નેનોશીટ્સ 5 બાર પર દબાણયુક્ત અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરમાં Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર UIP1000hd દ્વારા જનરેટ કરાયેલ ઉચ્ચ તીવ્રતાના પોલાણ ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરીને કુદરતી ગ્રેફાઇટમાંથી બનાવવામાં આવી હતી. ઉચ્ચ વિશિષ્ટ સપાટી વિસ્તાર અને અનન્ય ઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મો સાથે મેળવેલ ગ્રાફીન શીટ્સ, ફોટોકેટાલિટીક પ્રવૃત્તિને વધારવા માટે TiO2 માટે સારા સમર્થન તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે. સંશોધન જૂથ દાવો કરે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તૈયાર કરાયેલા ગ્રાફીનની ગુણવત્તા હમરની પદ્ધતિ દ્વારા મેળવેલા ગ્રાફીન કરતાં ઘણી વધારે છે, જ્યાં ગ્રેફાઇટને એક્સ્ફોલિએટેડ અને ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરમાં ભૌતિક પરિસ્થિતિઓને ચોક્કસપણે નિયંત્રિત કરી શકાય છે અને એવી ધારણા દ્વારા કે ડોપન્ટ તરીકે ગ્રાફીનની સાંદ્રતા 1 ની રેન્જમાં બદલાશે. – 0.001%, વ્યાપારી ધોરણે સતત સિસ્ટમમાં ગ્રાફીનનું ઉત્પાદન સરળતાથી સ્થાપિત થાય છે. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રાફીનના કાર્યક્ષમ એક્સ્ફોલિયેશન માટે ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ અને ઇનલાઇન રિએક્ટર સરળતાથી ઉપલબ્ધ છે.
ગ્રાફીનના એક્સ્ફોલિયેશન અને વિક્ષેપ માટે અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટર.
ગ્રેફીન ઓક્સાઇડની અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર દ્વારા તૈયારી
ઓહ એટ અલ. (2010) એ ગ્રેફીન ઓક્સાઇડ (GO) સ્તરો બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશનનો ઉપયોગ કરીને તૈયારીનો માર્ગ બતાવ્યો છે. તેથી, તેઓએ 200 મિલી ડી-આયનાઈઝ્ડ પાણીમાં પચીસ મિલિગ્રામ ગ્રેફિન ઓક્સાઇડ પાવડરને સસ્પેન્ડ કર્યો. stirring દ્વારા તેઓ એક અસંગત બ્રાઉન સસ્પેન્શન મેળવે છે. પરિણામી સસ્પેન્શન સોનિકેટેડ હતા (30 મિનિટ, 1.3 × 105J), અને સૂકાયા પછી (373 K પર) અલ્ટ્રાસોનિકલી ટ્રીટેડ ગ્રાફીન ઓક્સાઇડનું ઉત્પાદન થયું હતું. FTIR સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક સારવારથી ગ્રાફીન ઓક્સાઇડના કાર્યાત્મક જૂથો બદલાતા નથી.
અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા મેળવેલ ગ્રાફીન પ્રિસ્ટીન નેનોશીટ્સની SEM છબી (ઓહ એટ અલ., 2010)
ગ્રાફીન શીટ્સનું કાર્યાત્મકકરણ
Xu and Suslick (2011) પોલિસ્ટરીન ફંક્શનલાઇઝ્ડ ગ્રેફાઇટની તૈયારી માટે અનુકૂળ એક-પગલાની પદ્ધતિનું વર્ણન કરે છે. તેમના અભ્યાસમાં, તેઓએ મૂળ કાચા માલ તરીકે ગ્રેફાઇટ ફ્લેક્સ અને સ્ટાયરીનનો ઉપયોગ કર્યો. સ્ટાયરીન (એક પ્રતિક્રિયાશીલ મોનોમર) માં ગ્રેફાઇટ ફ્લેક્સને સોનિક કરીને, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઇરેડિયેશનના પરિણામે સિંગલ-લેયર અને થોડા-સ્તર ગ્રાફીન શીટ્સમાં ગ્રેફાઇટ ફ્લેક્સના યાંત્રિક એક્સ્ફોલિયેશનમાં પરિણમ્યું. તે જ સમયે, પોલિસ્ટરીન સાંકળો સાથે ગ્રાફીન શીટ્સનું કાર્યાત્મકકરણ પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું છે.
ગ્રાફીન પર આધારિત સંયોજનો માટે અન્ય વિનાઇલ મોનોમર્સ સાથે કાર્યકારીકરણની સમાન પ્રક્રિયા હાથ ધરી શકાય છે.
ઔદ્યોગિક ઇનલાઇન ગ્રાફીન એક્સ્ફોલિયેશન માટે ઔદ્યોગિક પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સિસ્ટમ.
ગ્રેફિન વિખેરવું
ગ્રેફીન અને ગ્રાફીન ઓક્સાઇડનો વિક્ષેપ ગ્રેડ તેની વિશિષ્ટ લાક્ષણિકતાઓ સાથે ગ્રાફીનની સંપૂર્ણ ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરવા માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. જો ગ્રાફીન નિયંત્રિત પરિસ્થિતિઓમાં વિખેરાયેલું ન હોય, તો ગ્રાફીનના વિખેરવાની બહુવિવિધતા અણધારી અથવા બિનઆદર્શ વર્તણૂક તરફ દોરી જાય છે એકવાર તે ઉપકરણોમાં સમાવિષ્ટ થઈ જાય કારણ કે ગ્રાફીનના ગુણધર્મો તેના માળખાકીય પરિમાણોના કાર્ય તરીકે બદલાય છે. સોનિકેશન એ ઇન્ટરલેયર દળોને નબળું પાડવાની સાબિત સારવાર છે અને મહત્વપૂર્ણ પ્રોસેસિંગ પરિમાણોના ચોક્કસ નિયંત્રણ માટે પરવાનગી આપે છે.
“ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ (GO) માટે, જે સામાન્ય રીતે સિંગલ-લેયર શીટ્સ તરીકે એક્સ્ફોલિયેટ કરવામાં આવે છે, ફ્લેક્સના બાજુના વિસ્તારમાં વિવિધતાઓમાંથી એક મુખ્ય પોલીડિસ્પર્સિટી પડકારોમાંથી એક ઉદ્ભવે છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે GO નું સરેરાશ બાજુનું કદ 400 nm થી 20 μm સુધી ગ્રેફાઇટ પ્રારંભિક સામગ્રી અને સોનિકેશન શરતોને બદલીને ખસેડી શકાય છે." (ગ્રીન એટ અલ. 2010)
ગ્રેફિનનું અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરવું જે દંડ અને કોલોઇડલ સ્લરીઝમાં પરિણમે છે તે અન્ય વિવિધ અભ્યાસોમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. (લિયુ એટ અલ. 2011/ બેબી એટ અલ. 2011/ ચોઇ એટ અલ. 2010)
ઝાંગ એટ અલ. (2010) એ દર્શાવ્યું છે કે અલ્ટ્રાસોનિકેશનના ઉપયોગથી 1 mg·mL−1 અને પ્રમાણમાં શુદ્ધ ગ્રાફીન શીટ્સની ઊંચી સાંદ્રતા સાથે સ્થિર ગ્રાફીન વિક્ષેપ પ્રાપ્ત થાય છે, અને તૈયાર કરેલી ગ્રાફીન શીટ્સ 712 S· ની ઊંચી ઇલેક્ટ્રિક વાહકતા દર્શાવે છે. m−1. ફૌરિયર ટ્રાન્સફોર્મ્ડ ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રા અને રમન સ્પેક્ટ્રા પરીક્ષાના પરિણામો દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક તૈયારી પદ્ધતિથી ગ્રેફિનના રાસાયણિક અને સ્ફટિક માળખાને ઓછું નુકસાન થાય છે.
ગ્રેફીન એક્સ્ફોલિયેશન માટે ઉચ્ચ પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ
ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ગ્રાફીન નેનો-શીટ્સના ઉત્પાદન માટે, વિશ્વસનીય ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની આવશ્યકતા છે. કંપનવિસ્તાર, દબાણ અને તાપમાન એક આવશ્યક પરિમાણો છે, જે પ્રજનનક્ષમતા અને સુસંગત ઉત્પાદન ગુણવત્તા માટે નિર્ણાયક છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક્સ’ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ શક્તિશાળી અને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી સિસ્ટમ્સ છે, જે પ્રોસેસ પેરામીટર્સની ચોક્કસ સેટિંગ અને સતત હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ આઉટપુટ માટે પરવાનગી આપે 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. Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની મજબૂતાઈ ભારે ફરજ પર અને માંગવાળા વાતાવરણમાં 24/7 કામગીરી માટે પરવાનગી આપે છે.
અમારા ગ્રાહકો Hielscher Ultrasonics સિસ્ટમ્સની ઉત્કૃષ્ટ મજબૂતાઈ અને વિશ્વસનીયતાથી સંતુષ્ટ છે. હેવી-ડ્યુટી એપ્લિકેશન, માંગવાળા વાતાવરણ અને 24/7 કામગીરીના ક્ષેત્રોમાં ઇન્સ્ટોલેશન કાર્યક્ષમ અને આર્થિક પ્રક્રિયાને સુનિશ્ચિત કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા તીવ્રતા પ્રક્રિયા સમય ઘટાડે છે અને વધુ સારા પરિણામો પ્રાપ્ત કરે છે, એટલે કે ઉચ્ચ ગુણવત્તા, ઉચ્ચ ઉપજ, નવીન ઉત્પાદનો.
નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રોસેસિંગ ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:
| બેચ વોલ્યુમ | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલ ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 05 થી 1.5 એમએલ | na | VialTweeter |
| 1 થી 500 મિલી | 10 થી 200 એમએલ/મિનિટ | UP100H |
| 10 થી 2000 એમએલ | 20 થી 400 એમએલ/મિનિટ | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/મિનિટ | UIP2000hdT |
| 10 થી 100 લિ | 2 થી 10L/મિનિટ | UIP4000hdT |
| na | 10 થી 100L/મિનિટ | UIP16000 |
| na | મોટા | નું ક્લસ્ટર UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
કાર્બન નેનોસ્ક્રોલની તૈયારી
કાર્બન નેનોસ્ક્રોલ બહુ-દિવાલોવાળા કાર્બન નેનોટ્યુબ જેવા જ છે. MWCNTs માં તફાવત એ ખુલ્લી ટીપ્સ અને અન્ય પરમાણુઓ માટે આંતરિક સપાટીઓની સંપૂર્ણ સુલભતા છે. તેઓ પોટેશિયમ સાથે ગ્રેફાઇટને ઇન્ટરકેલેટ કરીને, પાણીમાં એક્સ્ફોલિએટ કરીને અને કોલોઇડલ સસ્પેન્શનને સોનિક કરીને ભીનું-રાસાયણિક રીતે સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. (cf. Viculis et al. 2003) અલ્ટ્રાસોનિકેશન ગ્રાફીન મોનોલેયર્સને કાર્બન નેનોસ્ક્રોલમાં સ્ક્રોલ કરવામાં મદદ કરે છે (નીચે ગ્રાફિક જુઓ). 80% ની ઉચ્ચ રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરવામાં આવી છે, જે નેનોસ્ક્રોલના ઉત્પાદનને વ્યવસાયિક એપ્લિકેશનો માટે રસપ્રદ બનાવે છે.
કાર્બન નેનોસ્ક્રોલનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ (વિકુલિસ એટ અલ. 2003)
નેનોરીબોન્સની તૈયારી
હોંગજી ડાઈના સંશોધન જૂથ અને સ્ટેનફોર્ડ યુનિવર્સિટીના તેમના સાથીઓએ નેનોરિબન્સ તૈયાર કરવાની તકનીક શોધી કાઢી. ગ્રાફીન રિબન એ ગ્રેફિનની પાતળી પટ્ટીઓ છે જે ગ્રાફીન શીટ્સ કરતાં પણ વધુ ઉપયોગી લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે. લગભગ 10 એનએમ અથવા તેનાથી નાની પહોળાઈ પર, ગ્રાફીન રિબનનું વર્તન સેમિકન્ડક્ટર જેવું જ છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોનને લંબાઈની દિશામાં ખસેડવાની ફરજ પાડવામાં આવે છે. આમ, ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં સેમિકન્ડક્ટર જેવા કાર્યો સાથે નેનોરિબન્સનો ઉપયોગ કરવો રસપ્રદ બની શકે છે (દા.ત. નાની, ઝડપી કોમ્પ્યુટર ચિપ્સ માટે).
ડાઇ એટ અલ. ગ્રાફીન નેનોરિબન્સ બેઝની તૈયારી બે પગલાઓ પર: પ્રથમ, તેઓએ આર્ગોન ગેસમાં 3% હાઇડ્રોજનમાં એક મિનિટ માટે 1000ºC ની હીટ ટ્રીટમેન્ટ દ્વારા ગ્રેફાઇટમાંથી ગ્રાફીનના સ્તરોને ઢીલા કર્યા. પછી, અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ગ્રાફીનને સ્ટ્રીપ્સમાં વિભાજિત કરવામાં આવ્યું હતું. આ ટેકનીક દ્વારા મેળવેલ નેનોરીબોન્સ વધુ 'સ્મૂધર' દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે’ પરંપરાગત લિથોગ્રાફિક માધ્યમો દ્વારા બનાવેલ ધારો કરતાં. (જિયાઓ એટ અલ. 2009)
ગ્રાફીનનું અલ્ટ્રાસોનિકલી-સહાયિત ઉત્પાદન
જાણવા લાયક હકીકતો
ગ્રાફીન શું છે?
ગ્રેફાઇટ એ SP2-હાઇબ્રિડાઇઝ્ડ, ષટ્કોણ રીતે ગોઠવાયેલા કાર્બન અણુઓની બે પરિમાણીય શીટ્સથી બનેલું છે - ગ્રેફિન - જે નિયમિતપણે સ્ટેક કરવામાં આવે છે. ગ્રાફીનની અણુ-પાતળી શીટ્સ, જે બિન-બંધન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ગ્રેફાઇટ બનાવે છે, તે અત્યંત વિશાળ સપાટી વિસ્તાર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ગ્રાફીન તેના મૂળભૂત સ્તરો સાથે અસાધારણ શક્તિ અને મક્કમતા દર્શાવે છે જે લગભગ પહોંચે છે. 1020 GPa લગભગ હીરાની તાકાત મૂલ્ય.
ગ્રેફીન એ કેટલાક એલોટ્રોપનું મૂળભૂત માળખાકીય તત્વ છે, જેમાં ગ્રેફાઇટ ઉપરાંત, કાર્બન નેનોટ્યુબ અને ફુલરેન્સનો પણ સમાવેશ થાય છે. એડિટિવ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા, ગ્રાફીન અત્યંત ઓછા લોડિંગ પર પોલિમર કમ્પોઝિટના વિદ્યુત, ભૌતિક, યાંત્રિક અને અવરોધ ગુણધર્મોને નાટ્યાત્મક રીતે વધારી શકે છે. (Xu, Suslick 2011)
તેના ગુણધર્મો દ્વારા, ગ્રાફીન એ સર્વોત્તમ સામગ્રી છે અને તેના દ્વારા કોમ્પોઝીટ્સ, કોટિંગ્સ અથવા માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સનું ઉત્પાદન કરતા ઉદ્યોગો માટે આશાસ્પદ છે. Geim (2009) નીચેના ફકરામાં ગ્રાફીનને સુપરમટીરિયલ તરીકે સંક્ષિપ્તમાં વર્ણવે છે:
“તે બ્રહ્માંડની સૌથી પાતળી અને અત્યાર સુધીની સૌથી મજબૂત સામગ્રી છે. તેના ચાર્જ કેરિયર્સ વિશાળ આંતરિક ગતિશીલતા દર્શાવે છે, સૌથી નાનો અસરકારક સમૂહ ધરાવે છે (તે શૂન્ય છે) અને ઓરડાના તાપમાને છૂટાછવાયા વિના માઇક્રોમીટર-લાંબા અંતરની મુસાફરી કરી શકે છે. ગ્રાફીન વર્તમાન ઘનતા ટકાવી શકે છે તાંબા કરતાં 6 ઓર્ડર વધુ, રેકોર્ડ થર્મલ વાહકતા અને જડતા દર્શાવે છે, વાયુઓ માટે અભેદ્ય છે અને બરડપણું અને નમ્રતા જેવા વિરોધાભાસી ગુણોનું સમાધાન કરે છે. ગ્રેફિનમાં ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સપોર્ટનું વર્ણન ડિરાક-જેવા સમીકરણ દ્વારા કરવામાં આવે છે, જે બેન્ચ-ટોપ પ્રયોગમાં સાપેક્ષ ક્વોન્ટમ ઘટનાની તપાસને મંજૂરી આપે છે."
આ ઉત્કૃષ્ટ સામગ્રી લાક્ષણિકતાઓને લીધે, ગ્રાફીન એ સૌથી આશાસ્પદ સામગ્રીમાંની એક છે અને નેનોમેટરિયલ સંશોધનના કેન્દ્રમાં છે.
ગ્રાફીન માટે સંભવિત એપ્લિકેશનો
જૈવિક એપ્લિકેશન્સ: અલ્ટ્રાસોનિક ગ્રાફીનની તૈયારી અને તેના જૈવિક ઉપયોગ માટેનું ઉદાહરણ પાર્ક એટ અલ દ્વારા "સોનોકેમિકલ રિડક્શન દ્વારા ગ્રાફીન-ગોલ્ડ નેનોકોમ્પોઝિટ્સનું સંશ્લેષણ" અભ્યાસમાં આપવામાં આવ્યું છે. (2011). સોનાના આયનોના ઘટાડા અને ઓક્સિજન કાર્યક્ષમતાઓના ઉત્પાદનને સરળ બનાવવા માટે, ઘટાડેલા ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ પર સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સને એન્કર કરવા માટે, રિએક્ટન્ટ્સના મિશ્રણ પર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઇરેડિયેશન લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું. ગોલ્ડ-બાઈન્ડિંગ-પેપ્ટાઈડ-સંશોધિત બાયોમોલેક્યુલ્સનું ઉત્પાદન ગ્રેફીન અને ગ્રેફીન કમ્પોઝીટના અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશનની સંભવિતતા દર્શાવે છે. આથી, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અન્ય બાયોમોલેક્યુલ્સ તૈયાર કરવા માટે યોગ્ય સાધન લાગે છે.
ઈલેક્ટ્રોનિક્સ: ઈલેક્ટ્રોનિક ક્ષેત્ર માટે ગ્રાફીન એ અત્યંત કાર્યાત્મક સામગ્રી છે. ગ્રાફીનના ગ્રીડમાં ચાર્જ કેરિયર્સની ઉચ્ચ ગતિશીલતા દ્વારા, ઉચ્ચ-આવર્તન-ટેકનોલોજીમાં ઝડપી ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોના વિકાસ માટે ગ્રાફીન સૌથી વધુ રસ ધરાવે છે.
સેન્સર્સ: અલ્ટ્રાસોનિકલી એક્સ્ફોલિયેટેડ ગ્રાફીનનો ઉપયોગ અત્યંત સંવેદનશીલ અને પસંદગીયુક્ત કન્ડક્ટોમેટ્રિક સેન્સરના ઉત્પાદન માટે થઈ શકે છે (જેનો પ્રતિકાર ઝડપથી બદલાય છે. >સંતૃપ્ત ઇથેનોલ વરાળમાં 10 000%), અને અત્યંત ઉચ્ચ વિશિષ્ટ કેપેસીટન્સ (120 F/g), પાવર ઘનતા (105 kW/kg), અને ઊર્જા ઘનતા (9.2 Wh/kg) સાથે અલ્ટ્રાકેપેસિટર્સ. (એન એટ અલ. 2010)
આલ્કોહોલ: આલ્કોહોલના ઉત્પાદન માટે: આલ્કોહોલના ઉત્પાદનમાં ગ્રાફીનનો ઉપયોગ એક બાજુનો ઉપયોગ હોઈ શકે છે, ત્યાં ગ્રાફીન પટલનો ઉપયોગ આલ્કોહોલને ગાળવા અને આલ્કોહોલિક પીણાંને મજબૂત બનાવવા માટે થઈ શકે છે.
સૌથી મજબૂત, સૌથી વધુ વિદ્યુત વાહક અને સૌથી હળવા અને સૌથી વધુ લવચીક સામગ્રી તરીકે, ગ્રાફીન એ સૌર કોષો, ઉત્પ્રેરક, પારદર્શક અને ઉત્સર્જન કરનાર ડિસ્પ્લે, માઇક્રોમિકેનિકલ રેઝોનેટર, ટ્રાન્ઝિસ્ટર, લિથિયમ-એર બેટરીમાં કેથોડ તરીકે, અલ્ટ્રાસેન્સિટિવ કેમિકલ ડિટેક્ટર માટે આશાસ્પદ સામગ્રી છે. , વાહક કોટિંગ્સ તેમજ સંયોજનોમાં ઉમેરણ તરીકે ઉપયોગ.
હાઇ પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડના કાર્યકારી સિદ્ધાંત
જ્યારે ઉચ્ચ તીવ્રતા પર પ્રવાહીને સોનિક કરે છે, ત્યારે પ્રવાહી માધ્યમોમાં પ્રચાર કરતા ધ્વનિ તરંગો આવર્તન પર આધારીત દર સાથે, ઉચ્ચ-દબાણ (સંકોચન) અને નીચા-દબાણ (વિરલ) ચક્રમાં પરિણમે છે. લો-પ્રેશર ચક્ર દરમિયાન, ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહીમાં નાના શૂન્યાવકાશ પરપોટા અથવા ખાલી જગ્યાઓ બનાવે છે. જ્યારે પરપોટા એવા જથ્થાને પ્રાપ્ત કરે છે કે જેના પર તેઓ લાંબા સમય સુધી ઊર્જાને શોષી શકતા નથી, ત્યારે તેઓ ઉચ્ચ દબાણના ચક્ર દરમિયાન હિંસક રીતે તૂટી પડે છે. આ ઘટનાને પોલાણ કહેવામાં આવે છે. વિસ્ફોટ દરમિયાન ખૂબ ઊંચા તાપમાન (અંદાજે 5,000K) અને દબાણ (અંદાજે 2,000atm) સ્થાનિક સ્તરે પહોંચી જાય છે. પોલાણના બબલના વિસ્ફોટથી 280m/s વેગ સુધીના પ્રવાહી જેટ પણ પરિણમે છે. (Suslick 1998) અલ્ટ્રાસોનિકલી જનરેટેડ પોલાણ રાસાયણિક અને ભૌતિક અસરોનું કારણ બને છે, જે પ્રક્રિયાઓ પર લાગુ કરી શકાય છે.
પોલાણ-પ્રેરિત સોનોકેમિસ્ટ્રી ~5000 K ના પરપોટાની અંદર હોટ સ્પોટ્સ, ~1000 બારના દબાણ, ગરમી અને ઠંડકના દરો સાથે, ઊર્જા અને પદાર્થ વચ્ચે અનન્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પૂરી પાડે છે. >1010K s-1; આ અસાધારણ પરિસ્થિતિઓ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા જગ્યાની શ્રેણીને ઍક્સેસ કરવાની મંજૂરી આપે છે જે સામાન્ય રીતે ઍક્સેસિબલ નથી, જે વિવિધ પ્રકારની અસામાન્ય નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સામગ્રીના સંશ્લેષણ માટે પરવાનગી આપે છે. (બેંગ 2010)
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
- An, X.; Simmons, T.; Shah, R.; Wolfe, C.; Lewis, K. M.; Washington, M.; Nayak, S. K.; Talapatra, S.; Kar, S. (2010): Stable Aqueous Dispersions of Noncovalently Functionalized Graphene from Graphite and their Multifunctional High-Performance Applications. Nano Letters 10/2010. pp. 4295-4301.
- Baby, T. Th.; Ramaprabhu, S. (2011): Enhanced convective heat transfer using graphene dispersed nanofluids. Nanoscale Research Letters 6:289, 2011.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Choi, E. Y.; Han, T. H.; Hong, J.; Kim, J. E.; Lee, S. H.; Kim, H. W.; Kim, S. O. (2010): Noncovalent functionalization of graphene with end-functional polymers. Journal of Materials Chemistry 20/ 2010. pp. 1907-1912.
- Geim, A. K. (2009): Graphene: Status and Prospects. Science 324/2009. pp. 1530-1534.
- Green, A. A.; Hersam, M. C. (2010): Emerging Methods for Producing Monodisperse 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): Sonochemical synthesis of TiO2 nanoparticles on graphene for use as photocatalyst
- Hasan, K. ul; Sandberg, M. O.; Nur, O.; Willander, M. (2011): Polycation stabilization of graphene suspensions. Nanoscale Research Letters 6:493, 2011.
- Liu, X.; Pan, L.; Lv, T.; Zhu, G.; Lu, T.; Sun, Z.; Sun, C. (2011): Microwave-assisted synthesis of TiO2-reduced graphene oxide composites for the photocatalytic reduction of Cr(VI). RSC Advances 2011.
- Malig, J.; Englert, J. M.; Hirsch, A.; Guldi, D. M. (2011): Wet Chemistry of Graphene. The Electrochemical Society Interface, Spring 2011. pp. 53-56.
- Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): The Effect of Thermal and Ultrasonic Treatment on the Formation of Graphene-oxide Nanosheets. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
- Sametband, M.; Shimanovich, U.; Gedanken, A. (2012): Graphene oxide microspheres prepared by a simple, one-step ultrasonication method. New Journal of Chemistry 36/2012. pp. 36-39.
- Savoskin, M. V.; Mochalin, V. N.; Yaroshenko, A. P.; Lazareva, N. I.; Konstanitinova, T. E.; Baruskov, I. V.; Prokofiev, I. G. (2007): Carbon nanoscrolls produced from acceptor-type graphite intercalation compounds. Carbon 45/2007. pp. 2797-2800.
- Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.; Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. (2007): Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide. Carbon 45/2007. pp. 1558-1565.
- Viculis, L. M.; Mack, J. J.; Kaner, R. B. (2003): A Chemical Route To Carbon Nanoscrolls. Science, 299/1361; 2003.
- Xu, H.; Suslick, K. S. (2011): Sonochemical Preparation of Functionalized Graphenes. In: Journal of American Chemical Society 133/2011. pp. 9148-9151.
- Zhang, W.; He, W.; Jing, X. (2010): Preparation of a Stable Graphene Dispersion with High Concentration by Ultrasound. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. pp. 10368-10373.
- Jiao, L.; Zhang, L.; Wang, X.; Diankov, G.; Dai, H. (2009): Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes. Nature 458/ 2009. pp. 877-880.
- Park, G.; Lee, K. G.; Lee, S. J.; Park, T. J.; Wi, R.; Kim, D. H. (2011): Synthesis of Graphene-Gold Nanocomposites via Sonochemical Reduction. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7/11, 2011. pp. 6095-6101.
- Zhang, R.Q.; De Sakar, A. (2011): Theoretical Studies on Formation, Property Tuning and Adsorption of Graphene Segments. In: M. Sergey (ed.): Physics and Applications of Graphene – Theory. InTech 2011. pp. 3-28.
Hielscher Ultrasonics થી ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સનું ઉત્પાદન કરે છે પ્રયોગશાળા પ્રતિ ઔદ્યોગિક કદ.