פילינג גרפן על בסיס מים
פילינג אולטרה סאונד מאפשר לייצר גרפן בשכבה אחת ללא שימוש בממסים קשים באמצעות מים טהורים בלבד. sonication בעוצמה גבוהה delaminates יריעות גרפן בתוך טיפול קצר. הימנעות של ממיסים הופך פילינג גרפן בתהליך ירוק, בר קיימא.
ייצור גרפן באמצעות פילינג פאזה נוזלי
גרפן מיוצר מסחרית באמצעות מה שנקרא פילינג פאזה נוזלי. פילינג שלב נוזלי של גרפן דורש שימוש בממסים רעילים, מזיקים לסביבה ויקרים, המשמשים כטיפול מקדים כימי או בשילוב עם/או עם טכניקת פיזור מכנית. לפיזור מכני של יריעות גרפן, ultrasonication הוקמה כטכניקה אמינה מאוד, יעיל ובטוח לייצר יריעות גרפן באיכות גבוהה בכמויות גדולות ברמה תעשייתית מלאה. מאז השימוש בממסים קשים תמיד מלווה בעלויות, זיהום, הסרה וסילוק מורכבים, חששות בטיחות, כמו גם נטל סביבתי, חלופה רעילה ובטוחה יותר היא יתרון משמעותי. פילינג גרפן באמצעות מים כמו ממס אולטרסאונד כוח עבור delamination מכני של כמה גיליונות גרפן שכבה ולכן היא טכניקה מבטיחה מאוד לייצור גרפן ירוק.
ממיסים נפוצים, אשר משמשים לעתים קרובות כמו שלב נוזלי כדי לפזר nanosheets גרפן, כוללים דימתיל סולפוקסיד (DMSO), N, N-דימתילפורממיד (DMF), N-מתיל-2-pyrrolidone (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahydrofuran (THF), פרופילן קרבונטאצטון (PC), אתנול, ו formamide.
כטכניקה מבוססת כבר לטווח ארוך עבור פילינג גרפן בקנה מידה מסחרי, ultrasonication מאפשר לייצר גרפן באיכות גבוהה של טוהר גבוה בעלות נמוכה. כמו פילינג גרפן קולי יכול להיות ליניארי לחלוטין קנה מידה לכל נפח, תפוקת הייצור של פתיתי גרפן באיכות גבוהה ניתן ליישם בקלות לייצור המוני של גרפן.
ה UIP2000hdT הוא מפזר קולי חזק 2kW עבור פילינג גרפן ופיזור.
פילינג אולטרה סאונד של גרפן במים
Tyurnina et al. (2020) חקר את ההשפעות של משרעת ועוצמת sonication על פתרונות גרפיט מים טהורים פילינג גרפן וכתוצאה מכך. במחקר, הם השתמשו בהילשר UP200S (200W, 24kHz). פילינג אולטרה סאונד באמצעות מים הוחל כתהליך צעד אחד עבור דלאמינציה גרפן שכבה מעטים. טיפול קצר של 2h היה מספיק כדי לייצר גרפן כמה שכבות במערך sonication פתוח.
רצף במהירות גבוהה (מ- a עד f) של מסגרות הממחישות פילינג סונו-מכני של פתית גרפיט במים באמצעות UP200s, ultrasonicator 24 kHz עם 3 מ"מ sonotrode. חצים מראים את המקום של פיצול (פילינג) עם בועות cavitation חודר הפיצול.
© טיורנינה ואח' 2020 (עותק על ידי NC-ND 4.0)
אופטימיזציה של פילינג גרפן אולטרה סאונד
ההתקנה הקולית בשימוש על ידי Tyurnina et al. (2020) ניתן לייעל בקלות עבור יעילות רבה יותר פילינג מהר יותר באמצעות כור קולי סגור במצב זרימה דרך. טיפול מוטבע אולטרה סאונד מאפשר טיפול קולי אחיד יותר באופן משמעותי של כל חומר גלם גרפיט: האכלת הפתרון גרפיט / מים ישירות לתוך החלל המוגבל של cavitation קולי, כל גרפיט הופך אחיד sonicated וכתוצאה מכך תשואה גבוהה של פתיתי גרפן באיכות גבוהה.
מערכות אולטרסוניקה Hielscher לאפשר שליטה מדויקת על כל פרמטרי עיבוד חשובים כגון משרעת, זמן / שימור, קלט אנרגיה (WS / mL), לחץ, וטמפרטורה. הגדרת הפרמטרים האולטרה סאונד אופטימלית תוצאות התשואה הגבוהה ביותר, איכות ויעילות הכוללת.
איך Ultrasonication לקדם פילינג גרפן
כאשר גלי אולטרסאונד בהספק גבוה משולבים לתוך תרחיף של אבקת גרפיט ומים או כל ממס, כוחות sonomechanical כגון גזירה גבוהה, מערבולות אינטנסיביות ודיפרנציאלים בלחץ גבוה וטמפרטורה ליצור תנאים אינטנסיביים אנרגיה. תנאים אינטנסיביים אנרגיה אלה הם תוצאה של התופעה של cavitation אקוסטי. קרא עוד על cavitation קולי כאן!
אולטרסאונד כוח יוזם את הרחבת אבקת גרפיט, שכן נוזלים לחוצים בין שכבות גרפן, אשר גרפיט מורכב. כוחות הגזירה הקוליים delaminate את הסדינים היחידים של גרפן ולפזר אותם כמו פתיתי גרפן בתמיסה. כדי להשיג יציבות ארוכת טווח של גרפן במים, פעילי שטח נדרשים.
Mechnism של פילינג שלב נוזלי קולי של פילינג גרפן.
מחקר ותמונה מאת צורנינה ואח', 2021.
אולטרה סאונד בעלי ביצועים גבוהים עבור פילינג גרפן
התכונות החכמות של אולטראסאונד Hielscher נועדו להבטיח פעולה אמינה, תוצאות לשחזור וידידותיות למשתמש. ניתן לגשת בקלות להגדרות תפעוליות ולחייג אליהן באמצעות תפריט אינטואיטיבי, אליו ניתן לגשת באמצעות תצוגת מגע צבעונית דיגיטלית ושלט רחוק בדפדפן. לכן, כל תנאי העיבוד כגון אנרגיה נטו, אנרגיה כוללת, משרעת, זמן, לחץ וטמפרטורה נרשמים באופן אוטומטי על כרטיס SD מובנה. זה מאפשר לך לתקן ולהשוות ריצות sonication הקודם כדי לייעל את תהליך פילינג גרפן ליעילות הגבוהה ביותר.
מערכות אולטרסוניקה Hielscher משמשים ברחבי העולם לייצור יריעות גרפן באיכות גבוהה תחמוצות גרפן. אולטראסאונד תעשייתי Hielscher יכול בקלות להפעיל משרעת גבוהה בפעולה רציפה (24/7/365). אמפליטודות של עד 200μm ניתן ליצור בקלות ברציפות עם sonotrodes סטנדרטי (בדיקות קוליות / קרניים ו מיכל ברוקטדסTM). עבור משרעת גבוהה עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. בשל החוסן שלהם ותחזוקה נמוכה, מערכות פילינג קולי שלנו מותקנים בדרך כלל עבור יישומים חובה כבדה בסביבות תובעניות.
מעבדי אולטראסאונד Hielscher עבור פילינג גרפן כבר מותקנים ברחבי העולם בקנה מידה מסחרי. צרו קשר עכשיו כדי לדון בתהליך ייצור הגרפן שלכם! הצוות המנוסה שלנו ישמח לשתף מידע נוסף על תהליך פילינג, מערכות קוליות ותמחור!
הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו:
| נפח תצווה | קצב זרימה | התקנים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL / min | מעלהay |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 ל 20L | 0.2 ל 4 ליטר / דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10L / min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 עד 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | יותר גדול | אשכול UIP16000 |
תיצור איתנו קשר! / שאל אותנו!
Hielscher אולטרסוניקה מייצרת הומוגניזרים אולטראסוניות ביצועים גבוהים עבור ערבוב יישומים, פיזור, אמולסיה וחילוץ על מעבדה, טייס בקנה מידה תעשייתי.
ספרות/הפניות
- 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. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- 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.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
עובדות שראוי לדעת
גראפן
גרפן הוא בשכבה של sp2אטום פחמן -bonded. גראפן מציע מאפייני חומר ייחודיים כגון שטח משטח ספציפי גדול יוצא דופן (2620 מ '2g. אני לא מבין), תכונות מכאניות מעולות עם מודול של 1 TPA ו החוזק פנימי של יאנג של 130-GPA, מוליכות אלקטרוניות גבוהות מאוד (ניידות אלקטרונים בטמפרטורת חדר של 2.5 × 105 סנטימטרים2 V. אני לא מביןהים. אני לא מבין), מוליכות תרמית גבוהה מאוד (מעל 3000 וואט מ K. אני לא מבין), שם את המאפיינים החשובים ביותר. בשל מאפייני החומר המעולים שלה, גרפן משמש רב בפיתוח והייצור של סוללות ביצועים גבוהות, תאי דלק, תאים סולריים, על, לאחסון מימן, מגינים אלקטרומגנטית והתקנים אלקטרוניים. יתר על כן, גרפן הוא שולב nanocomposites רב וחומרים מרוכבים כמו חיזוק תוסף, למשל: ב פולימרים, קרמיקה מטריצות מתכת. בשל המוליכות הגבוהות שלה, גרפן מהווה מרכיב חשוב של צבעי דיו מוליך.
הדרך המהירה ובטוחה הכנה קולית של גרפן ללא פגם בעוצמות גדולות ובעלויות נמוכות מאפשר הרחבת היישומים של גרפן לתעשיות יותר ויותר.
גרפן הוא שכבה אחת של שכבה אחת של פחמן, אשר ניתן לתאר כמבנה חד שכבתי או דו-ממדי של גרפן (שכבה יחידה של גרפן = SLG). לגרפן יש שטח שטח גדול במיוחד ותכונות מכניות גבוהות (מודולוס יאנג של 1 טפה וחוזק פנימי של 130 GPa), ומציע מוליכות אלקטרונית ותרמית רבה, ניידות המוביל, שקיפות, ובלתי חדיר לגזים. בשל מאפיינים אלה החומר, גראפן משמש כתוסף חיזוק לתת composites כוחו, מוליכות, וכו 'על מנת לשלב את המאפיינים של גרפן עם חומרים אחרים, גרפן חייב להיות מפוזרים לתוך המתחם או מוחל כמו ציפוי דק הסרט על גבי מצע.
אולטרסוניקה ביצועים גבוהים! מגוון המוצרים של Hielscher מכסה את הספקטרום המלא מן ultrasonicator מעבדה קומפקטית על ספסל העליון יחידות למערכות אולטראסוניות תעשייתי מלא.