תחמוצת גרפן – פילינג קולי ופיזור
פילינג על-קולי הוא טכניקה נפוצה לייצור תחמוצת גרפן על ידי פירוק תחמוצת גרפיט ליריעות גרפן דקות, חד-שכבתיות או מעטות. הסוניקטורים של Hielscher יוצרים קוויטציה אקוסטית אינטנסיבית, שבה גלים קוליים צפופים באנרגיה יוצרים מיקרו-בועות באנרגיה גבוהה בתווך נוזלי. בועות קורסות אלה יוצרות כוחות גזירה המפרידים בין שכבות תחמוצת גרפיט, ולמעשה מקלפים אותן לננו-יריעות של תחמוצת גרפן. נצל את האולטרסאונד בעל הביצועים הגבוהים כדי להביא את היישום מבוסס תחמוצת הגרפן שלך לשלב הבא!
פילינג קולי של תחמוצת גרפן
תחמוצת גרפן מסיסה במים, אמפיפילית, לא רעילה, מתכלה וניתן לפזר אותה בקלות לקולואידים יציבים. פילינג קולי ופיזור הוא שיטה יעילה מאוד, מהירה וחסכונית לסנתז, לפזר ולתפקד תחמוצת גרפן בקנה מידה תעשייתי. בעיבוד במורד הזרם, מפיצים על-קוליים מייצרים תרכובות פולימר תחמוצת גרפן בעלות ביצועים גבוהים.
היתרונות של פילינג קולי
פילינג קולי מציע מספר יתרונות, כולל פשטות, מדרגיות וידידותיות לסביבה, מכיוון שהוא בדרך כלל אינו דורש כימיקלים קשים או עיבוד מורכב. בנוסף, הוא מאפשר שליטה מדויקת על הגודל והעובי של ננו-יריעות תחמוצת גרפן, החיוניות לכוונון תכונותיהן ביישומים שונים.
סוניקטור תעשייתי UIP16000hdT לפילינג תחמוצת גרפן בתפוקה גבוהה
פרוטוקול: פילינג קולי של תחמוצת גרפן
על מנת לשלוט בגודל של ננו-יריעות תחמוצת גרפן (GO), שיטת הפילינג משחקת גורם מפתח. בשל פרמטרי התהליך הניתנים לשליטה מדויקת, פילינג קולי הוא טכניקת delamination הנפוצה ביותר לייצור גרפן באיכות גבוהה תחמוצת גרפן.
עבור פילינג קולי של תחמוצת גרפן מתחמוצת גרפיט פרוטוקולים שונים זמינים. מצא פרוטוקול מופתי עבור פילינג תחמוצת גרפן קולי להלן:
אבקת תחמוצת גרפיט מעורבבת ב- KOH מימי עם ערך ה- pH 10. עבור פילינג פיזור לאחר מכן, סוג בדיקה ultrasonicator UP200St (200W) משמש. לאחר מכן, יוני K+ מחוברים למישור הבסיס של הגרפן כדי לגרום לתהליך הזדקנות. ההזדקנות מושגת תחת אידוי סיבובי (2 שעות). על מנת להסיר יוני K+ עודפים, האבקה נשטפת וצנטריפוגית פעמים שונות.
התערובת המתקבלת היא צנטריפוגה, מיובש בהקפאה, כך אבקת תחמוצת גרפן מתפזרת מזרזת.
הכנת משחת תחמוצת גרפן מוליכה: ניתן לפזר את אבקת תחמוצת הגרפן בדימתילפורממיד (DMF) תחת סוניקציה על מנת לייצר משחה מוליכה. (Han et al.2014)
המנגנון של פילינג תחמוצת גרפן קולי
(תמונה: Potts et al. 2011)
פונקציונליות קולית של תחמוצת גרפן
סוניקציה משמשת בהצלחה לשילוב תחמוצת גרפן (GO) בפולימרים ומרוכבים.
דוגמאות:
- תחמוצת גרפן-TiO2 מיקרוספירה מרוכבת
- פוליסטירן-מגנטיט-גרפן אוקסיד מרוכב (ליבה-מעטפת מובנית)
- פוליסטירן תרכובות מופחתות תחמוצת גרפן
- פוליאנילין ציפוי ננופייבר פוליסטירן/תחמוצת גרפן (PANI-PS/GO) מעטפת ליבה מרוכבת
- תחמוצת גרפן אינטרקלציה פוליסטירן
- p-פנילאנדיאמין-4ויניל בנזן-פוליסטירן תחמוצת גרפן מעובדת
אולטרסוניקטור UP400St להכנת פיזור ננו-טסיות גרפן
יישומים של תחמוצת גרפן המיוצר על ידי פילינג קולי
לתחמוצת גרפן המיוצרת באמצעות פילינג קולי יש יישומים נרחבים בתחומים מגוונים. באלקטרוניקה, הוא משמש סרטים מוליכים גמישים חיישנים; באחסון אנרגיה, הוא משפר את הביצועים של סוללות וקבלי-על. התכונות האנטי-בקטריאליות של תחמוצת גרפן הופכות אותה לבעלת ערך ביישומים ביו-רפואיים, בעוד ששטח הפנים הגבוה שלה והקבוצות הפונקציונליות שלה מהווים יתרון בקטליזה ובתיקון סביבתי. בסך הכל, פילינג קולי מאפשר ייצור יעיל של תחמוצת גרפן באיכות גבוהה לשימוש בטכנולוגיות חדשניות.
סוניקטורים לעיבוד גרפן ותחמוצת גרפן
Hielscher Ultrasonics מציעה מערכות קוליות כוח גבוה עבור פילינג, פיזור, ועיבוד גרפן תחמוצת גרפן. מעבדים על-קוליים אמינים וכורים מתוחכמים מספקים שליטה מדויקת, ומאפשרים כוונון של תהליכים על-קוליים למטרות הרצויות.
פרמטר מכריע אחד הוא המשרעת העל-קולית, הקובעת את התרחבות הרטט והתכווצות הגשושית העל-קולית. Hielscher תעשייתי ultrasonicators לספק אמפליטודות גבוהות, עד 200μm, ברציפות לרוץ 24/7 פעולה. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, בדיקות קוליות מותאמות אישית זמינות. ניתן להתאים את כל המעבדים במדויק לתנאי התהליך ולנטר אותם באמצעות תוכנה מובנית, מה שמבטיח אמינות, איכות עקבית ותוצאות הניתנות לשחזור.
הסוניקטורים של Hielscher חזקים ויכולים לפעול ברציפות בסביבות כבדות, מה שהופך את הסוניקציה לטכנולוגיית הייצור המועדפת עבור גרפן בקנה מידה גדול, תחמוצת גרפן והכנת חומר גרפיטי.
מגוון מוצרים רחב של אולטרסאונד ואביזרים, כולל סונוטרודים וכורים בגדלים וגיאומטריות שונות, מאפשר בחירה של תנאי תגובה אופטימליים וגורמים, כגון ריאגנטים, קלט אנרגיה קולי, לחץ, טמפרטורה וקצב זרימה, כדי להשיג את האיכות הגבוהה ביותר. הכורים העל-קוליים של היילשר יכולים אפילו להפעיל לחץ של עד כמה מאות דוברות, מה שמאפשר סוניקציה של משחות צמיגות מאוד עם צמיגות העולה על 250,000 סנטיפואז.
delamination קולי פילינג להצטיין טכניקות קונבנציונליות בשל גורמים אלה.
- עוצמה גבוהה
- כוחות גזירה גבוהים
- הפעלת לחצים גבוהים
- שליטה מדויקת
- מדרגיות חלקה (ליניארית)
- אצווה ורציפה
- תוצאות הניתנות לשחזור
- מהימנות
- חוסן
- יעילות אנרגטית גבוהה
מערכת קולית עבור פילינג תחמוצת גרפן
למידע נוסף על סינתזת גרפן קולי, פיזור ופונקציונליזציה, לחץ כאן:
עובדות שכדאי לדעת
אולטרסאונד וקביטציה: כיצד פילינג גרפיט לתחמוצת גרפן באמצעות סוניקציה?
פילינג על-קולי של תחמוצת גרפיט (GrO) מבוסס על כוח הגזירה הגבוה המושרה על ידי קוויטציה אקוסטית. קוויטציה אקוסטית נובעת ממחזורי לחץ גבוה / לחץ נמוך לסירוגין, הנוצרים על ידי צימוד של גלי אולטרסאונד חזקים בנוזל. במהלך מחזורי הלחץ הנמוך מתרחשים חללים קטנים מאוד או בועות ואקום, אשר גדלים על פני מחזורי לחץ נמוך לסירוגין. כאשר בועות הריק מגיעות לגודל שבו הן אינן יכולות לספוג יותר אנרגיה, הן קורסות באלימות במהלך מחזור לחץ גבוה. קריסת הבועה גורמת לכוחות גזירה קוויטציוניים וגלי לחץ, טמפרטורה קיצונית של עד 6000K, קצבי קירור קיצוניים מעל 1010K/s, לחצים גבוהים מאוד של עד 2000atm, הפרשי לחץ קיצוניים וכן סילונים נוזליים עם עד 1000 קמ"ש (∼280m/s).
כוחות עזים אלה משפיעים על ערימות הגרפיט, אשר מרובדות לתחמוצת גרפן חד-שכבתית או מעטה ולננו-יריעות גרפן טהורות.
מהי תחמוצת גרפן?
תחמוצת גרפן (GO) מסונתזת על ידי פילינג תחמוצת גרפיט (GrO). בעוד תחמוצת גרפיט היא חומר תלת ממדי המורכב ממיליוני שכבות של שכבות גרפן עם חמצן משולב, תחמוצת גרפן היא גרפן חד-שכבתי או מעט שכבות המחומצן משני הצדדים.
תחמוצת גרפן וגרפן נבדלים זה מזה במאפיינים הבאים: תחמוצת גרפן היא קוטבית, בעוד גרפן אינו קוטבי. תחמוצת גרפן היא הידרופילית, בעוד גרפן הוא הידרופובי.
משמעות הדבר היא שתחמוצת הגרפן מסיסה במים, אמפיפילית, לא רעילה, מתכלה ויוצרת תרחיפים קולואידים יציבים. פני השטח של תחמוצת גרפן מכילים קבוצות אפוקסי, הידרוקסיל וקרבוקסיל, אשר זמינות לאינטראקציה עם קטיונים ואניונים. בשל המבנה ההיברידי האורגני-אנאורגני הייחודי שלהם ותכונותיהם יוצאות הדופן, חומרים מרוכבים GO-polymer מציעים פוטנציאל גבוה ליישומים תעשייתיים מגוונים. (Tolasz et al. 2014)
מהי תחמוצת גרפן מופחתת?
תחמוצת גרפן מופחתת (rGO) מיוצרת על ידי הפחתה קולית, כימית או תרמית של תחמוצת גרפן. במהלך שלב החיזור, רוב פונקציות החמצן של תחמוצת גרפן מוסרות כך שלתחמוצת הגרפן המופחתת (rGO) המתקבלת יש מאפיינים דומים מאוד לגרפן טהור. עם זאת, תחמוצת גרפן מופחתת (rGO) אינה נטולת פגמים וטהורה כמו גרפן טהור.
ספרות/מקורות
- 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.