פילינג קולי של גרפן מפוזר מים
- ניתן לייצר ננו-יריעות גרפן חד-שכבתיות ודו-שכבתיות במהירות באמצעות פילינג על-קולי עם תפוקה גבוהה ובעלות נמוכה.
- גרפן אולטרה-סאונד יכול להיות פונקציונלי עם ביופולימרים על מנת לקבל גרפן פיזור מים.
- על ידי קוויטציה קולית, הגרפן המסונתז יכול להיות מעובד עוד יותר לפיזור יציב על בסיס מים.
פילינג קולי של גרפן באיכות גבוהה
אולטרסוניקציה היא שיטה אמינה לייצור שכבות גרפן (מונו, דו שכבות ומעטות גרפן) מפתיתי גרפיט או חלקיקים. בעוד טכניקות פילינג נפוצות אחרות כגון טחנות כדור וגליל או מערבלים בעלי גזירה גבוהה קשורות לאיכות נמוכה ולשימוש בריאגנטים וממסים אגרסיביים, שיטת הפילינג העל-קולי משכנעת על ידי תפוקה באיכות גבוהה, קיבולת תהליך גבוהה ותנאי עיבוד מתונים.
קוויטציה על-קולית יוצרת כוחות גזירה אינטנסיביים, המפרידים את שכבות הגרפיט המוערמות לשכבות מונו, דו-שכבות מעטות של גרפן נטול פגמים.
יריעות גרפן הניתנות לפיזור מים באמצעות סוניקציה
Ultrasonication הוא הליך יעיל עם תוצאות חוזרות להתיר carbonnanotubes במים או ממיסים אורגניים. [/caption] בתנאים רגילים, גרפן כמעט ולא ניתן להתפזר במים ויוצר אגרגטים ואגרגטים כאשר הוא מפוזר בתווך מימי. מכיוון שלמערכות מימיות יש יתרונות משמעותיים של היותן זולות, מערכות גרפן לא רעילות, ידידותיות לסביבה, מבוססות מים אטרקטיביות מאוד ליצרני גרפן ולתעשייה במורד הזרם.
על מנת להשיג ננו-יריעות גרפן הניתנות לפיזור מים, הגרפן המתקלף באולטרסאונד משתנה עם פוליסכרידים / ביופולימרים כגון פולולן, צ'יטוזן, אלגינט, ג'לטין או גומי ערבי.
- גרפן באיכות גבוהה
- תשואה גבוהה
- פיזור על בסיס מים
- ריכוז גבוה
- יעילות גבוהה
- תהליך מהיר
- עלות נמוכה
- תפוקה גבוהה
- ידידותי לסביבה
פרוטוקול פילינג ישיר של גרפיט באמצעות אולטרסאונד
פולולן לא יוני ואלגינט אניוני (1.0 גרם) הומסו בנפרד ב-20 מ"ל מים מזוקקים, ואילו צ'יטוזן קטיוני (0.4 גרם) הומס ב-20 מ"ל מים מזוקקים עם 1 wt% חומצה אצטית. אבקת גרפיט פוזרה בתמיסות הביופולימר המימיות וטופלה באמצעות אולטרסוניקטור מסוג בדיקה UP200S (הספק מרבי 200 W, תדר 24 קילוהרץ, Hielscher Ultrasonics, גרמניה) מצויד בסונוטרודה מטיטניום (מיקרו קצה S3, קוטר קצה 3 מ"מ, משרעת מקסימלית 210μm, צפיפות הספק אקוסטית או עוצמת פני שטח 460 W cm-2) בתנאים הבאים: מחזור 0.5 ומשרעת 50%, לתקופה של 10, 20, 30 ו-60 דקות, בהתאמה. התוצאות הטובות ביותר הושגו לאחר סוניקציה של 30 דקות. הסוניקציה הופעלה בהספק של 16.25 ואט למשך 30 דקות, עם צריכת אנרגיה (תפוקת אנרגיה ליחידת נפח) של 731 Ws ml-1.
לאחר מכן, תערובות היו צנטריפוגות ב 1500 סל"ד במשך 60 דקות כדי להסיר חלקיקי גרפיט unexpeeled ולאחר מכן שטף 5 פעמים ושוב צנטריפוגה ב 5000 סל"ד במשך 20 דקות כדי להסיר ביופולימרים עודפים. התמיסות שנוצרו באפור כהה יובשו בוואקום בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס עד ללא אובדן מסה. אבקות הפולימר-גרפן שהתקבלו פוזרו מחדש במים (1 מ"ג מל-1 עבור פולולן וצ'יטוזן; 0.18 מ"ג מל-1 עבור אלגינט) לצורך אפיון. יריעות גרפן שהתקבלו על ידי אולטרסוניקציה בסיוע פולולן, אלגינט וצ'יטוזאן סומנו כ-pull-G, alg-G ו-chit-G, בהתאמה.
מתוך שלוש המערכות, פולולן וצ'יטוזן היו יעילים יותר בקילוף גרפיט מאשר אלגינט. שיטה זו הניבה יריעות גרפן חד-שכבתיות, דו-שכבתיות ומעטות עם פגמים רוחביים (קצוות) נמוכים בלבד. ספיחת ביופולימרים על פני גרפן מעניקה יציבות ארוכת טווח (יותר מ-6 חודשים) של הפיזור המימי.
(ראה: Unalan et al. 2015)

רצף מהיר (מ-a עד f) של פריימים הממחישים פילינג סונו-מכני של פתית גרפיט במים באמצעות UP200S, אולטרה-סאונד 200W עם סונוטרודה 3 מ"מ. חצים מראים את מקום הפיצול (פילינג) עם בועות קוויטציה החודרות לפיצול.
(מחקר ותמונות: © Tyurnina et al. 2020
Ultrasonicators עבור פילינג גרפן
Hielscher כוח גבוה מעבדים קוליים משמשים ברחבי העולם עבור פילינג מוצלח ופיזור של גרפיט וגרפן. המפזרים העל-קוליים שלנו זמינים ממעבדה וספסל ועד יחידות ייצור תעשייתיות מלאות. מלבד חוסן, פעולה 24/7 ותחזוקה נמוכה, Hielscher ultrasonicators לשכנע על ידי קלות גבוהה של עיבוד מדרגיות ליניארית.
ניתן לבדוק תהליכים בקלות ולייעל אותם במעבדה. לאחר מכן, ניתן לשנות את כל תוצאות התהליך באופן ליניארי לחלוטין לרמת הייצור המסחרי. זה הופך את הסוניקציה לשיטת ייצור יעילה ויעילה עבור נפח גבוה של יריעות גרפן באיכות גבוהה.
Hielscher Ultrasonics מעבדים קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. כורי אולטרסאונד תואמים מבטיחים יכולת ייצור המוני אמין ובטוח של ננו-יריעות גרפן באיכות גבוהה, כמו גם פיזור ננו-יריעות יציב.
החוסן של הציוד הקולי של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בחובה כבדה ובסביבות תובעניות.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
---|---|---|
10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000 |
נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
עובדות שכדאי לדעת
גרפן
גרפן הוא monolayer של sp2- אטומי פחמן מלוכדים. גרפן מציע תכונות חומר ייחודיות כגון שטח פנים סגולי גדול במיוחד (2620 מ '2g-1), תכונות מכניות מעולות עם מודולוס יאנג של 1 TPa וחוזק פנימי של 130 GPa, מוליכות אלקטרונית גבוהה במיוחד (ניידות אלקטרונים בטמפרטורת החדר של 2.5 × 105 ס"מ2 V-1s-1), מוליכות תרמית גבוהה מאוד (מעל 3000 W m K-1), כדי לציין את המאפיינים החשובים ביותר. בשל תכונות החומר המעולות שלו, גרפן נמצא בשימוש רב בפיתוח וייצור של סוללות בעלות ביצועים גבוהים, תאי דלק, תאים סולריים, קבל-על, מחסני מימן, מגנים אלקטרומגנטיים והתקנים אלקטרוניים. יתר על כן, גרפן משולב בננו-מרוכבים רבים ובחומרים מרוכבים כתוסף מחזק, למשל בפולימרים, קרמיקה ומטריצות מתכת. בשל מוליכותו הגבוהה, גרפן הוא מרכיב חשוב בצבעים מוליכים ובדיו.
המהיר והבטוח הכנה קולית של גרפן ללא פגם בכמויות גדולות ובעלויות נמוכות מאפשר להרחיב את היישומים של גרפן ליותר ויותר תעשיות.
ספרות/מקורות
- 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.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.

Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.