ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स को प्रोब-सोनिकेशन के माध्यम से संश्लेषित और फैलाया जाता है
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स (जीएनपी) को सोनिकेटर्स का उपयोग करके उच्च दक्षता और विश्वसनीयता के साथ संश्लेषित और फैलाया जा सकता है। उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासोनिकेशन को ग्रेफाइट को एक्सफोलिएट करने और कुछ-परत ग्राफीन प्राप्त करने के लिए नियोजित किया जाता है, जिसे अक्सर ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के रूप में जाना जाता है। सोनिकेशन कम और अत्यधिक चिपचिपे निलंबन दोनों में उत्कृष्ट ग्राफीन नैनोप्लेटलेट वितरण प्राप्त करने में भी उत्कृष्टता प्राप्त करता है।
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट प्रोसेसिंग – सोनिकेशन के साथ बेहतर परिणाम
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट प्रसंस्करण के लिए, प्रोब-टाइप सोनिकेटर सबसे कुशल, विश्वसनीय और उपयोग में आसान उपकरण हैं। चूंकि अल्ट्रासोनिकेशन को ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के संश्लेषण, फैलाव और कार्यात्मकता के लिए लागू किया जा सकता है, इसलिए सोनिकेटर का उपयोग कई ग्राफीन से संबंधित अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है:
- एक्सफोलिएशन और संश्लेषण प्रोब-टाइप सोनिकेटर का उपयोग ग्रेफाइट को कुछ-परत ग्राफीन या ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स में एक्सफोलिएट करने के लिए किया जाता है। उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिकेशन इंटरलेयर बलों को बाधित करता है और ग्रेफाइट को ग्राफीन की छोटी, अलग-अलग चादरों में तोड़ देता है।
- फैलाव: एक तरल माध्यम में ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के समान फैलाव को प्राप्त करना सभी ग्राफीन से संबंधित अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। प्रोब-टाइप सोनिकेटर पूरे तरल में समान रूप से नैनोप्लेटलेट्स को फैला सकते हैं, समूह को रोक सकते हैं और एक स्थिर निलंबन सुनिश्चित कर सकते हैं।
- कार्यात्मकता: सोनिकेशन उनकी सतहों पर कार्यात्मक समूहों या अणुओं के लगाव को बढ़ावा देकर ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के कार्यात्मककरण की सुविधा प्रदान करता है। यह कार्यात्मकता विशिष्ट पॉलिमर या सामग्री के साथ उनकी संगतता को बढ़ाती है।
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के औद्योगिक इनलाइन फैलाव के लिए अल्ट्रासोनिक फैलाव प्रणाली
सोनिकेशन के माध्यम से ग्राफीन नैनोप्लेटलेट संश्लेषण
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स को अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त ग्रेफाइट एक्सफोलिएशन द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है। इसलिए, एक ग्रेफाइट निलंबन को एक जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिक होमोजिनाइज़र का उपयोग करके सोनिकेटेड किया जाता है। इस प्रक्रिया का परीक्षण बहुत कम (जैसे 4wt% या उससे कम) से उच्च ठोस (जैसे 10wt% या उच्चतर) सांद्रता के साथ किया गया है।
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.
ग्रैफीन नैनोशीट्स की हाई रिजोल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप तस्वीरें प्राप्त
अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त जलीय चरण फैलाव और हमर विधि के माध्यम से।
(अध्ययन और ग्राफिक: घानेम और रेहिम, 2018)
ग्राफीन शीट्स और नैनोप्लेटलेट्स के बीच अंतर क्या है?
ग्राफीन शीट ्स और ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स दोनों ग्राफीन से बने नैनोमटेरियल्स हैं, जो एक हेक्सागोनल जाली में व्यवस्थित कार्बन परमाणुओं की एक एकल परत है। कभी-कभी, ग्राफीन शीट और ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स का उपयोग विनिमेय शब्दों के रूप में किया जाता है। लेकिन वैज्ञानिक रूप से, इन ग्राफीन नैनोमटेरियल्स के बीच कुछ अंतर हैं: ग्राफीन शीट और ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के बीच प्राथमिक अंतर उनकी संरचना और मोटाई में निहित है। ग्राफीन शीट में कार्बन परमाणुओं की एक परत होती है और असाधारण रूप से पतली होती है, जबकि ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स मोटे होते हैं और कई स्टैक्ड ग्राफीन परतों से बने होते हैं। ये संरचनात्मक अंतर विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उनके गुणों और उपयुक्तता को प्रभावित कर सकते हैं। प्रोब-टाइप सोनिकेटर का उपयोग ग्राफीन सिंगल-लेयर ग्राफीन शीट्स के साथ-साथ कुछ-परत स्टैक्ड ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स को संश्लेषित करने, फैलाने और कार्यात्मक बनाने के लिए एक अत्यधिक प्रभावी और कुशल तकनीक है।
सोनिकेटर यूपी 100 एच का उपयोग करके ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के अल्ट्रासोनिक संश्लेषण की कल्पना करने वाला ग्राफिक
(अध्ययन और ग्राफिक: घानेम और रेहिम, 2018)
प्रोब-टाइप सोनिकेटर यूपी400एसटी ग्राफीन नैनोप्लेटलेट फैलाव की तैयारी के लिए
सोनिकेशन का उपयोग करके ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स का फैलाव
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स (जीएनपी) का समान फैलाव विभिन्न अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है क्योंकि यह परिणामी सामग्रियों या उत्पादों के गुणों और प्रदर्शन को सीधे प्रभावित करता है। इसलिए, विभिन्न उद्योगों में ग्राफीन नैनोप्लेटलेट फैलाव के लिए सोनिकेटर स्थापित किए जाते हैं। पावर-अल्ट्रासाउंड के उपयोग के लिए निम्नलिखित उद्योग प्रमुख उदाहरण हैं:
- नैनो-कंपोजिट: ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स को विभिन्न नैनोकम्पोजिट सामग्री, जैसे पॉलिमर में शामिल किया जा सकता है, ताकि उनके यांत्रिक, विद्युत और थर्मल गुणों को बढ़ाया जा सके। प्रोब-टाइप सोनिकेटर बहुलक मैट्रिक्स के भीतर नैनोप्लेटलेट्स को समान रूप से फैलाने में सहायता करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री प्रदर्शन में सुधार होता है।
- इलेक्ट्रोड और बैटरी: ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स का उपयोग बैटरी और सुपरकैपेसिटर के लिए उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रोड के विकास में किया जाता है। सोनिकेशन बढ़ी हुई सतह क्षेत्र के साथ अच्छी तरह से बिखरे हुए ग्राफीन-आधारित इलेक्ट्रोड सामग्री बनाने में मदद करता है, जो ऊर्जा भंडारण क्षमताओं में सुधार करता है।
- उत्प्रेरण: सोनिकेशन का उपयोग ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के आधार पर उत्प्रेरक सामग्री तैयार करने के लिए किया जा सकता है। ग्राफीन सतह पर उत्प्रेरक नैनोकणों का समान फैलाव विभिन्न प्रतिक्रियाओं में उत्प्रेरक गतिविधि को बढ़ा सकता है।
- सेंसर: ग्रेफेन नैनोप्लेटलेट्स को गैस सेंसिंग, बायोसेंसिंग और पर्यावरण निगरानी सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए सेंसर के निर्माण में नियोजित किया जा सकता है। सोनिकेशन सेंसर सामग्री में नैनोप्लेटलेट्स के सजातीय वितरण को सुनिश्चित करता है, जिससे संवेदनशीलता और प्रदर्शन में सुधार होता है।
- कोटिंग्स और फिल्में: प्रोब-टाइप सोनिकेटर का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स, एयरोस्पेस और सुरक्षात्मक कोटिंग्स में अनुप्रयोगों के लिए ग्राफीन नैनोप्लेटलेट-आधारित कोटिंग्स और फिल्मों को तैयार करने के लिए किया जाता है। इन अनुप्रयोगों के लिए सब्सट्रेट्स के लिए समान फैलाव और उचित आसंजन महत्वपूर्ण हैं।
- बायोमेडिकल अनुप्रयोग: बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में, ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स का उपयोग दवा वितरण, इमेजिंग और ऊतक इंजीनियरिंग के लिए किया जा सकता है। सोनिकेशन इन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले ग्राफीन-आधारित नैनोकणों और कंपोजिट की तैयारी में मदद करता है।
(b) X3000 और (c) X8000 पर ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स की SEM छवियां।
(अध्ययन और चित्र: ©अलीज़ादेह एट अल।
अल्ट्रासोनिक ग्राफीन नैनोप्लेटलेट फैलाव के लिए विज्ञान-सिद्ध परिणाम
वैज्ञानिकों ने कई अध्ययनों में ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के संश्लेषण और फैलाव के लिए Hielscher Sonicators का उपयोग किया है और अल्ट्रासोनिकेशन के प्रभावों का सख्ती से परीक्षण किया है। नीचे, आप विभिन्न मिश्रणों जैसे जलीय स्लरी, एक्सपोय रेजिन या मोर्टार में ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के सफल मिश्रण के लिए कुछ उदाहरण पा सकते हैं।
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के विश्वसनीय, त्वरित एक समान फैलाव के लिए एक सामान्य प्रक्रिया निम्नलिखित प्रक्रिया है:
फैलाव के लिए, ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स को लगभग एक घंटे के लिए हाइल्शर अल्ट्रासोनिक मिक्सर यूपी 400 एस का उपयोग करके शुद्ध एसीटोन के भीतर सोनिक किया गया था ताकि ग्राफीन शीट्स के समूह को रोका जा सके। वाष्पीकरण द्वारा एसीटोन को पूरी तरह से हटा दिया गया था। फिर, ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स को एपॉक्सी सिस्टम के 1 डब्ल्यूटी% पर जोड़ा गया और 15 मिनट के लिए 90 डब्ल्यू पर एपॉक्सी राल में सोनिक किया गया।
(cf. Cakir et al., 2016)
एक अन्य अध्ययन ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स को जोड़कर आयनिक तरल-आधारित नैनोफ्लुइड्स (आयनोफ्लुइड्स) के सुदृढीकरण की जांच करता है। बेहतर फैलाव के लिए, ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स, आयनिक तरल और सोडियम डोडेसिल बेंजीन सल्फोनेट के मिश्रण को लगभग 90 मिनट के लिए हाइल्शर प्रोब-टाइप सोनिकेटर यूपी 200 एस का उपयोग करके समरूप किया गया था।
अलीज़ादेह और अन्य, 2018)
(2019) मोर्टार में ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के प्रभावी समावेश की रिपोर्ट करते हैं। इसलिए, जलीय ग्राफीन निलंबन नैनोप्लेटलेट्स के अतिरिक्त उत्पादित किए गए थे - परिणामी सामग्रियों में वांछनीय लक्ष्य सामग्री द्वारा अंकित वजन पर - नियमित नल के पानी और प्लास्टिसाइज़र के मिश्रण में और बाद में 2 मिनट के लिए चुंबकीय सरगर्मी में। 22 मिमी-सोनोट्रोड से लैस एक Hielscher UP400S डिवाइस (Hielscher Ultrasonics GmbH) का उपयोग करके कमरे के तापमान पर 90 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा निलंबन को समरूप किया गया था, जो 24 kHz की आवृत्ति पर 4500 J / min की शक्ति थ्रूपुट प्रदान करता है। निलंबन गुणवत्ता के अल्ट्रासोनिकेशन मापदंडों के प्रभाव की सावधानीपूर्वक जांच के बाद ऊर्जा दर और सोनिकेशन अवधि का विशिष्ट संयोजन इष्टतम के रूप में स्थापित किया गया था।
(cf. Tragazikis et al., 2019)
(2018) अपने शोध में बताते हैं कि सोनिकेशन जैसी एक उचित फैलाव तकनीक यह सुनिश्चित करती है कि ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स जैसे नैनोमटेरियल्स इनफिल सामग्री के गुणों को बढ़ा सकते हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि फैलाव एपॉक्सी ग्राउट जैसे उच्च गुणवत्ता वाले नैनोकम्पोजिट्स के उत्पादन के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है।
शुद्ध बीएमआईएम-पीएफ 6 (बाएं) और अल्ट्रासोनिक रूप से तैयार आयनोफ्लुइड का नमूना 2% डब्ल्यूटी (दाएं) पर।
(अध्ययन और चित्र: ©अलीज़ादेह एट अल।
ग्राफीन नैनोप्लेटलेट प्रोसेसिंग के लिए उच्च प्रदर्शन सोनिकेटर
जब नैनोमटेरियल प्रोसेसिंग के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर की बात आती है तो Hielscher Ultrasonics बाजार में अग्रणी है। ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के प्रसंस्करण सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए प्रयोगशालाओं और औद्योगिक सेटिंग्स में दुनिया भर में Hielscher Probe-प्रकार सोनिकेटर का उपयोग किया जाता है।
अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी, जर्मन शिल्प कौशल और इंजीनियरिंग के साथ-साथ लंबे समय तक तकनीकी अनुभव Hielscher Ultrasonics को सफल अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोग के लिए आपका पसंदीदा साथी बनाते हैं।
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डिजाइन, विनिर्माण और परामर्श – गुणवत्ता जर्मनी में निर्मित
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपने उच्चतम गुणवत्ता और डिजाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मजबूती और आसान संचालन औद्योगिक सुविधाओं में हमारे अल्ट्रासोनिकेटर के सुचारू एकीकरण की अनुमति देता है। उबड़-खाबड़ परिस्थितियों और मांग वाले वातावरण को आसानी से Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
Hielscher Ultrasonics एक आईएसओ प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक तकनीक और उपयोगकर्ता-मित्रता की विशेषता वाले उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर पर विशेष जोर देती है। बेशक, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर सीई अनुपालन हैं और यूएल, सीएसए और आरओएच की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह की दर | अनुशंसित उपकरणों |
|---|---|---|
| 0.5 से 1.5 एमएल | एन.ए. | VialTweeter | 1 से 500 एमएल | 10 से 200 मील / मिनट | UP100H |
| 10 से 2000 मील | 20 से 400 एमएल / मिनट | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20 एल | 0.2 से 4 एल / मिनट | UIP2000hdT |
| 10 से 100 एल | 2 से 10 एल / मिनट | UIP4000hdT |
| 15 से 150 एल | 3 से 15 लाख/मिनट | UIP6000hdT |
| एन.ए. | 10 से 100 एल / मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | के समूह UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक समरूपता का निर्माण करता है ।
साहित्य/संदर्भ
- Ghanem, A.F.; Abdel Rehim, M.H. (2018): Assisted Tip Sonication Approach for Graphene Synthesis in Aqueous Dispersion. Biomedicines 6, 63; 2018.
- Zainal, Nurfarahin; Arifin, Hanis; Zardasti, Libriati; Yahaya, Nordin; Lim, Kar Sing; Lai, Jian; Noor, Norhazilan (2018): Tensile Properties of Epoxy Grout Incorporating Graphene Nanoplatelets for Pipeline Repair. MATEC Web of Conferences, 2018.
- Ferit Cakir, Habib Uysal, Volkan Acar (2016): Experimental modal analysis of masonry arches strengthened with graphene nanoplatelets reinforced prepreg composites. Measurement, Volume 90, 2016. 233-241.
- Jalal Alizadeh, Mostafa Keshavarz Moraveji (2018): An experimental evaluation on thermophysical properties of functionalized graphene nanoplatelets ionanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 98, 2018. 31-40.
- Ilias Κ. Tragazikis, Konstantinos G. Dassios, Panagiota T. Dalla, Dimitrios A. Exarchos (2019): Theodore E. Matikas (2019): Acoustic emission investigation of the effect of graphene on the fracture behavior of cement mortars. Engineering Fracture Mechanics, Volume 210, 2019. 444-451.
- Matta, S.; Rizzi, L.G.; Frache, A. (2021): PET Foams Surface Treated with Graphene Nanoplatelets: Evaluation of Thermal Resistance and Flame Retardancy. Polymers 2021, 13, 501.
जानने के योग्य तथ्य
ग्राफीन शीट्स बनाम ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स
दोनों, ग्राफीन शीट और ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स ग्रेफाइट-व्युत्पन्न नैनोस्ट्रक्चर हैं। नीचे दी गई तालिका ग्राफीन शीट ्स और ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स के बीच सबसे प्रमुख अंतर पर प्रकाश डालती है।
| अवकलन | ग्राफीन शीट | ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स |
|---|---|---|
| निर्माण | ग्राफीन शीट आमतौर पर दो-आयामी संरचना के साथ ग्राफीन की एकल परतें होती हैं। वे मैक्रोस्कोपिक क्षेत्रों में फैले हुए बहुत बड़े और निरंतर हो सकते हैं। | अलग-अलग ग्राफीन शीट्स की तुलना में ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स छोटे और मोटे होते हैं। वे एक दूसरे के ऊपर स्टैक किए गए ग्राफीन की कई परतों से मिलकर प्लेटलेट जैसी संरचनाएं बनाते हैं। एक नैनोप्लेटलेट में परतों की संख्या भिन्न हो सकती है, लेकिन यह आमतौर पर कुछ से कई दर्जन परतों की सीमा में होती है। |
| मोटाई | ये एकल-परत ग्राफीन संरचनाएं हैं, इसलिए वे बेहद पतले हैं, आमतौर पर सिर्फ एक परमाणु मोटा होता है। | ये एकल-परत ग्राफीन शीट की तुलना में मोटे होते हैं क्योंकि उनमें कई ग्राफीन परतें होती हैं। ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स की मोटाई उनमें मौजूद परतों की संख्या पर निर्भर करती है। |
| गुण | एकल-परत ग्राफीन शीट में असाधारण गुण होते हैं, जैसे उच्च विद्युत चालकता, तापीय चालकता और यांत्रिक शक्ति। वे क्वांटम कारावास प्रभाव जैसे अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक गुणों का भी प्रदर्शन करते हैं। | ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स ग्राफीन के कुछ उत्कृष्ट गुणों को बनाए रखते हैं, जैसे कि उच्च विद्युत और तापीय चालकता, लेकिन वे कई परतों की उपस्थिति के कारण इन पहलुओं में एकल-परत ग्राफीन के रूप में असाधारण नहीं हो सकते हैं। हालांकि, वे अभी भी पारंपरिक कार्बन सामग्री पर लाभ प्रदान करते हैं। |
| अनुप्रयोगों | सिंगल-लेयर ग्राफीन शीट्स में इलेक्ट्रॉनिक्स, नैनोकम्पोजिट्स, सेंसर और बहुत कुछ सहित संभावित अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। वे अक्सर अपने असाधारण इलेक्ट्रॉनिक गुणों के लिए उपयोग किए जाते हैं। | ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि कंपोजिट, स्नेहक, ऊर्जा भंडारण उपकरणों में सामग्री को मजबूत करना, और अन्य सामग्रियों के गुणों को बेहतर बनाने के लिए एडिटिव्स के रूप में। उनकी मोटी संरचना उन्हें एकल-परत ग्राफीन की तुलना में कुछ मैट्रिक्स में फैलाना आसान बनाती है। |
हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजर्स से बनाती है प्रयोगशाला सेवा मेरे औद्योगिक आकार।