תחמוצת גרפן – שרת אולטרסאונד ופיזור
תחמוצת גראפן הוא מסיסים במים, אמפיפילי, לא רעיל, מתכלה והוא יכול להיות מפוזר בקלות לתוך colloids יציבה. קילוף אולטראסאונד ופיזור היא יעילה מאוד, מהירה וחסכונית שיטה לסנתז, לפזר ולתפקד תחמוצת הגראפן בקנה מידה תעשייתי. בעיבוד במורד הזרם, מפזרים אולטראסאונד לייצר ביצועים גבוהים גראפן תחמוצת פולימר מרוכבים.
השרה אולטרסאונד של גרפן אוקסיד
כדי לשלוט על הגודל של תחמוצת גרפן (GO) nanosheets, שיטת שרת משחקת גורם מפתח. בשל פרמטרי התהליך לשליטה שלה דווקא, שרה קולית היא טכניקת delamination הנפוצה ביותר לייצור גרפן באיכות גבוהה תחמוצת גרפן.
עבור השרה הקולית של תחמוצת גרפן תחמוצת גרפיט פרוטוקולים שונים זמינים. מצא תיאור אחד למופת 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.
תערובת המתקבל היא centrifuged ו מיובשת בהקפאה, כך אבקת תחמוצת גרפן מסיסה משקעת.
הכנת משחת תחמוצת גרפן מוליכה: ניתן לפזר את אבקת תחמוצת הגרפן בדימתילפורממיד (DMF) תחת סוניקציה על מנת לייצר משחה מוליכה. (Han et al.2014)
תחמוצת גרפן – קילוף (Pic .: פוטס et al. 2011)
פיזור אולטרה סאונד של גראפן אוקסיד
Functionalization אולטרסאונד של גראפן אוקסיד
Sonication משמש בהצלחה לשלב תחמוצת גרפן (GO) לתוך פולימרים וחומרים מרוכבים.
דוגמאות:
- תחמוצת גרפן-TiO2 מיקרוספירה מרוכבת
- פוליסטירן-מגנטיט-גרפן מרוכבים תחמוצת (ליבה-קליפה מובנה)
- מרוכבים תחמוצת גרפן מופחת פוליסטירן
- polyaniline nanofiber מצופים תחמוצת פוליסטירן / גרפן (פאני-PS / GO) מרוכבים פגז הליבה
- תחמוצת גרפן-intercalated פוליסטירן
- p-phenylenediamine-4vinylbenzen-פוליסטירן תחמוצת גרפן שונה
מערכת אולטרסאונד שרת תחמוצת גרפן
סוניקטורים לעיבוד גרפן ותחמוצת גרפן
Hielscher אולטרסוניקה מציעה מערכות אולטראסאונד הספק גבוה עבור השרה, פיזור ועיבוד במורד הזרם של גרפן תחמוצת גרפן. מעבדי קולי אמינים כורים מתוחכמים לספק את הכח הדרוש, תנאי תהליך כמו wel שליטה מדויקת כמו, כך שתוצאות התהליך הקוליות יכולות להיות מכוונות בדיוק אל מטרות תהליך הרצויות.
אחד הפרמטרים החשובים ביותר בתהליך הוא משרעת הקולי, המהווה את ההתרחבות והתכווצות רטט על הבדיקה הקולית. Hielscher של מערכות אולטראסאונד תעשייתיות בנויים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, Hielscher מציעה בדיקות קוליות מותאמות אישית. כל המעבדים העל-קוליים שלנו ניתנים להתאמה מדויקת לתנאי התהליך הנדרשים ולניטור קל באמצעות התוכנה המובנית. הדבר מבטיח את האמינות הגבוהה ביותר, איכות עקבית ותוצאות הניתנות לשחזור. החוסן של הסוניקטורים של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 במשימות כבדות ובסביבות תובעניות. זה הופך את סוניקציה לטכנולוגיית הייצור המועדפת להכנת גרפן בקנה מידה גדול של גרפן, תחמוצת גרפן וחומרים גרפיטיים.
המציע מגוון מוצרים רחב של ultrasonicators ואבזרים (כגון sonotrodes וכורה עם גדלי גיאומטריות שונים), תנאי התגובה המתאימים ביותר וגורם (ריאגנטים למשל, השקעת אנרגיה קולית לכל נפח, לחץ, טמפרטורה, קצב זרימה וכו ') יכול להיות נבחר על מנת לקבל את האיכות הגבוהה ביותר. מאז הכורים הקוליים שלנו יכולים להיות בלחץ עד כמה מאה barg, את sonication של משחות צמיגות מאוד עם אל 250,000 centipoise שום בעיה עבור מערכות אולטראסאונד Hielschers.
בשל גורמים אלה, delamination קולי / קילוף הפיזור מצטיינים טכניקות ערבוב טחינה הקונבנציונליות.
- הספק גבוה
- כוחות גזירה גבוהים
- בלחצים גבוהים ישים
- שליטה מדויקת
- מדרגיות חלקה (ליניארי)
- תצווה ומתמשך
- תוצאות לשחזור
- אֲמִינוּת
- חוסן
- יעילות אנרגיה גבוהה
למידע נוסף על סינתזת גרפן קולי, פיזור ופונקציונליזציה, לחץ כאן:
עובדות שראוי לדעת
אולטראסאונד Cavitation: איך גרפיט הוא יעבור קילוף גרפן אוקסיד תחת Sonication
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, בלחצים גבוהים מאוד של עד 2000atm, הפרשי לחצים קיצוניים כמו גם מטוסי נוזלי עם עד 1000km / שעה (~280m / s).
כוחות עזים אלה משפיעים על ערימות גרפיט, אשר delaminated לתוך תחמוצת גרפן חד או כמה שכבות ו nanosheets גרפן וטהור.
תחמוצת גרפן
תחמוצת גרפן (GO) הוא מסונתז על ידי פילינג תחמוצת גרפיט (Gro). בעוד תחמוצת גרפיט הוא חומר 3D המורכב במיליוני שכבות שכבות גרפן עם oxygens intercalated, תחמוצת גרפן הוא גרפן מונו או כמה שכבות כי הוא מחומצן משני הצדדים.
תחמוצת גרפן ו גראפן נבדלים זה מזה במאפיינים הבאים: תחמוצת גרפן הוא קוטב, תוך גרפן הוא פולרי. תחמוצת גרפן הוא הידרופילי, תוך גרפן הוא הידרופובי.
משמעות הדבר היא, תחמוצת גרפן הוא מסיס במים, amphiphilic, רעיל, מתכלה וצורות השעיות קולואידים יציבה. פני השטח של תחמוצת גרפן מכיל אפוקסי, הידרוקסיל, וקבוצות carboxyl, אשר זמינים לאינטראקציה עם קטיונים ואניונים. בשל המבנה ההיברידי אורגני-האורגני הייחודי שלהם ומאפיינים חריגים, GO-פולימר מרוכבים מציעים פוטנציאל גבוה עבור יישומים תעשייתיים סעפת. (Tolasz et al. 2014)
תחמוצת גרפן מופחתת
מופחתת גרפן תחמוצת (rGO) מיוצר על ידי קולי, הפחתת כימית או תרמית של תחמוצת גרפן. במהלך הצמצום צעד, רוב הפונקציות חמצן של תחמוצת גרפן מוסרים כך וכתוצאה מכך גרפן תחמוצת מופחתת (rGO) יש מאפיינים דומים מאוד גרפן וטהור. עם זאת, גרפן תחמוצת מופחתת (rGO) אינו פגם חופשי וטהור כמו גרפן טהור.
ספרות / הפניות
- 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.