פיזור קולי של גרפן
כדי לשלב גרפן בחומרים מרוכבים, חיוני לפזר או לקלף את הגרפן לננו-יריעות בודדות באופן אחיד לאורך כל הניסוח. ככל שהגרפן מפורק בצורה יסודית יותר, כך ניתן לנצל טוב יותר את תכונות החומר יוצאות הדופן שלו. פיזור על-קולי מציע פיזור חלקיקים מעולה ויציבות פיזור, אפילו בריכוזים ובצמיגויות גבוהות. שיטה זו מספקת איכות פיזור יוצאת דופן, העולה בהרבה על טכניקות הערבוב הקונבנציונליות.
פיזור קולי של גרפן
כדי להחדיר חומרים מרוכבים עם המאפיינים הבולטים של גרפן, כגון חוזקו, גרפן חייב להיות מפוזר באופן אחיד לתוך מטריצה או מיושם כציפוי סרט דק על מצע. גורמי מפתח המשפיעים על תכונות החומר המתקבלות כוללים הצטברות, שיקוע והפיזור בתוך המטריצה או התפלגות החלקיקים על המצע.
בשל אופיו ההידרופובי של הגרפן, יצירת פיזור יציב ומרוכז מאוד ללא חומרים פעילי שטח או מפיצים היא מאתגרת. התגברות על כוחות ואן דר ואלס דורשת כוחות גזירה חזקים, אשר יכולים להיווצר ביעילות על ידי קוויטציה קולית. שיטה זו היא המתוחכמת ביותר להכנת פיזור יציב.
סוניקטורים תעשייתיים לפיזור תפוקה גבוהה של גרפן.
[/one_third_last]
מידע נוסף ופרטים טכניים על סוניקטורים מסוג בדיקה תעשייתית Hielscher עבור פילינג גרפן ופיזור ניתן למצוא כאן:
- UIP1000hdT (אולטרסאונד הספק 1000 וואט)
- UIP2000hdT (אולטרסאונד הספק 2000 וואט)
- UIP4000hdT (אולטרסאונד הספק 4000 וואט)
- UIP6000hdT (אולטרסאונד הספק 6000 וואט)
- UIP16000hdT (אולטרסאונד הספק 16,000 וואט)
כל הסוניקטורים של Hielscher מאפשרים שליטה מדויקת על כל פרמטרי התהליך החשובים, טכנולוגיית הפיזור הקולי מונעת נזקים של מבנים כימיים וגבישיים של גרפן – וכתוצאה מכך פתיתי גרפן בתוליים ונטולי פגמים.
אולטרסוניקטורים רבי עוצמה של Hielscher מסוגלים לעבד גרפן וגרפיט בכמויות גדולות, למשל עבור פילינג בשלב נוזלי ופיזור גרפן. השליטה המדויקת על פרמטרי התהליך מאפשרת הרחבה חלקה של תהליכים על-קוליים מספסל עליון לייצור מסחרי מלא.
ניתן לפזר (מחדש) גרפן בעל שכבות מעטות עם כ-3-4 שכבות וגודל משוער של 1μm בריכוזים של לפחות 63 מ"ג/מ"ל.
תמונות SEM של ננו-טסיות גרפן ב-(b) X3000 ו-(c) X8000
(מחקר ותמונות: ©Alizadeh et al., 2018)
- גרפן באיכות גבוהה
- תפוקה גבוהה / תפוקות גבוהות
- פיזור אחיד
- ריכוז גבוה
- צמיגות גבוהה
- תהליך מהיר
- עלות נמוכה
- יעילות גבוהה
- ידידותי לסביבה
כור קולי 7kW לפיזור גרפן
הומוגנייזרים קוליים ומפיץ עבור גרפן
Hielscher Ultrasonics מספק מערכות קוליות בעוצמה גבוהה עבור פילינג ופיזור גרפן שכבות בתפזורת וגרפיט לתוך מונו, דו, ו כמה שכבות גרפן. המעבדים העל-קוליים והכורים המתקדמים האמינים שלהם מספקים את הכוח הדרוש ואת הבקרה המדויקת להשגת יעדי תהליך ספציפיים.
אחד מפרמטרי התהליך החיוניים ביותר הוא המשרעת העל-קולית, שהיא תזוזת הרטט בקרן העל-קולית. Hielscher תעשייתי ultrasonicators נועדו לספק אמפליטודות גבוהות מאוד, עם פעולה רציפה של עד 200μm. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, בדיקות קוליות מותאמות אישית זמינות. ניתן להתאים במדויק את פרמטרי התהליך של כל הסוניקטורים של Hielscher לתנאי התהליך הנדרשים ולנטר באמצעות תוכנה מובנית, מה שמבטיח אמינות גבוהה, איכות עקבית ותוצאות הניתנות לשחזור. העיצוב החזק של הסוניקטורים של Hielscher בנוי לפעולה 24/7 בסביבות תובעניות, מה שהופך את הסוניקציה לטכנולוגיה המועדפת לייצור בקנה מידה גדול של ננו-יריעות גרפן חד-שכבתיות ומעטות.
Hielscher מציעה מגוון רחב של ultrasonicators ואביזרים, כולל sonotrodes וכורים בגדלים שונים וגיאומטריות. זה מאפשר בחירה של תנאי תגובה אופטימליים וגורמים, כגון ריאגנטים, קלט אנרגיה קולי לכל נפח, לחץ, טמפרטורה וקצב זרימה, כדי להשיג את האיכות הגבוהה ביותר. הכורים העל-קוליים שלהם ניתנים ללחץ של עד כמה מאות דוברות, מה שהופך את הסוניקציה של משחות צמיגות מאוד (עד 250,000 סנטיפואז) לאפשרית.
יכולות אלה הופכות את הדלמינציה האולטרסונית, הפילינג והפיזור לעדיפים על טכניקות השחזה וכרסום קונבנציונליות.
Hielscher sonicators הם homogenizers קולי מתוחכם ביותר בשוק. נצל את היתרונות הרבים שמגיעים עם סוניקטורים Hielscher!
הדמיה גרפית של הסינתזה העל-קולית של ננו-טסיות גרפן באמצעות הסוניקטור UP100H
(מחקר וגרפיקה: Ghanem and Rehim, 2018)
Hielscher Sonicators עבור גרפן:
- אולטרסאונד בעוצמה גבוהה
- כוחות גזירה גבוהים
- הפעלת לחצים גבוהים
- שליטה מדויקת
- מדרגיות חלקה (ליניארית)
- אצווה וזרימה
- תוצאות הניתנות לשחזור
- מהימנות
- חוסן
- יעילות אנרגטית גבוהה
עובדות שכדאי לדעת
מהו גרפן?
גרפן הוא שכבה אחת בעובי אטום של פחמן, אשר ניתן לתאר כמבנה חד שכבתי או דו-ממדי של גרפן (שכבה אחת גרפן = SLG). לגרפן שטח פנים סגולי גדול במיוחד ותכונות מכניות מעולות (מודולוס של יאנג של 1 TPa וחוזק פנימי של 130 GPa), מציע מוליכות אלקטרונית ותרמית נהדרת, ניידות נושאת מטען, שקיפות, והוא חדיר לגזים. בשל מאפייני חומר אלה, גרפן משמש כתוסף חיזוק כדי לתת מרוכבים כוח, מוליכות, וכו ' על מנת לשלב את המאפיינים של גרפן עם חומרים אחרים, גרפן חייב להיות מפוזר לתוך התרכובת או מיושם כמו ציפוי סרט דק על מצע.
ממסים נפוצים, המשמשים לעתים קרובות כפאזות נוזליות לפיזור ננו-יריעות גרפן, כוללים דימתיל סולפוקסיד (DMSO), N,N-דימתילפורממיד (DMF), N-מתיל-2-פירולידון (NMP), טטרמתילאוריאה (TMU, טטרהידרופורן (THF), פרופילן קרבונטאצטון (PC), אתנול ופורממיד.
האם ניתן לפזר גרפן במים?
כן, ניתן לפזר גרפן במים באמצעות חומרים פעילי שטח, פולימרים או חומרים מייצבים אחרים כדי למנוע צבירה ולשמור על יציבות הפיזור. ציוד פיזור אמין כגון סוניקטורים מסוג גשושית ממלאים גם תפקיד מכריע בפיזור גרפן על ידי שימוש באנרגיה קולית כדי לפרק אגלומרטים ולהקטין את גודל חלקיקי הגרפן, קידום פיזור אחיד ויציב יותר בתווך הנוזלי.
האם תחמוצת גרפן יכולה להתמוסס במים?
כן, תחמוצת גרפן יכולה להתמוסס במים בשל הקבוצות הפונקציונליות המכילות חמצן שלה, אשר מגבירות את ההידרופיליות שלה ומאפשרות לה ליצור פיזור מימי יציב.
מהו הממס הטוב ביותר לפיזור גרפן?
הממס הטוב ביותר לפיזור גרפן הוא N-מתיל-2-פירולידון (NMP) בשל קוטביות גבוהה ויכולתו לייצב יריעות גרפן, וכתוצאה מכך פיזור אחיד ויציב.
מדוע גרפן אינו מסיס במים?
גרפן אינו מסיס במים מכיוון שהוא חסר קבוצות פונקציונליות שיכולות לתקשר עם מולקולות מים, מה שהופך אותו להידרופובי ונוטה לצבירה עקב כוחות ואן דר ואלס חזקים בין יריעות גרפן.
מדוע משתמשים בגרפן בחומרים מרוכבים?
גרפן הוא בעובי של אטום אחד הדק ביותר, עם משקל של כ. 0.77 מ"ג לכל 1m2 הקל ביותר, ובעל קשיחות מתיחה של 150,000,000 psi (חזק פי 100-300 מפלדה) וחוזק מתיחה של 130,000,000,000 פסקל החומר החזק ביותר הידוע.
יתר על כן, גרפן הוא המוליך התרמי הטוב ביותר (בטמפרטורת החדר עם (4.84±0.44) × 103 עד (5.30±0.48) × 103 W·m-11· K-1) והמוליך החשמלי הטוב ביותר (ניידות אלקטרונים גבוהה מ-15,000 ס"מ2· V-1·s-1).
מאפיין חשוב נוסף של גרפן הוא התכונה האופטית שלו עם בליעת אור ב πα≈2.3% של אור לבן, ואת המראה השקוף שלה.
על ידי שילוב גרפן במטריצות, ניתן להעביר את מאפייני החומר הבולטים הללו לתרכובת המתקבלת, המציעה פונקציות ייחודיות. חומרים מרוכבים כאלה המחוזקים בגרפן מציעים אפשרויות חדשות לפיתוח חומרים וליישומים תעשייתיים. בשל מאפייניו, גרפן וגרפן מרוכבים כבר מפוזרים באופן נרחב בייצור סוללות בעלות ביצועים גבוהים, קבלי-על, דיו מוליך, ציפויים, מערכות פוטו-וולטאיות ומכשירים אלקטרוניים
הסוניקטורים של היילשר מספקים את כוחות הגזירה הגבוהים הדרושים כדי להתגבר על כוחות ואן דר ואלס על מנת לפזר ננו-יריעות גרפן באופן אחיד למטריצות מרוכבות. מפיצים על-קוליים כגון UIP2000hdT או UIP16000 משמשים לייצור ננו-חומרים מרוכבים מחוזקים בגרפן וגרפן אוקסיד.
ספרות/מקורות
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- 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.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.