ग्रैफीन का अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण

ग्रैफीन को कंपोज़िट में शामिल करने के लिए, पूरे फॉर्मूलेशन में ग्रैफीन को एकल नैनोशीटों के रूप में समान रूप से परिक्षेपित या एक्सफोलिएट करना आवश्यक है। ग्रैफीन के कण-समूहों को जितनी अच्छी तरह विघटित किया जाता है, उसके असाधारण पदार्थ गुणों का उतना ही बेहतर उपयोग किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण उच्च सांद्रताओं और श्यानताओं पर भी उत्कृष्ट कण वितरण और परिक्षेपण स्थिरता प्रदान करता है। यह विधि परिक्षेपण की उत्कृष्ट गुणवत्ता प्रदान करती है, जो पारंपरिक मिश्रण तकनीकों से कहीं बेहतर है।

ग्रैफीन का अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण

कंपोज़िट को ग्रैफीन की मजबूती जैसी उत्कृष्ट विशेषताएँ प्रदान करने के लिए, ग्रैफीन को किसी मैट्रिक्स में समान रूप से परिक्षेपित करना या किसी सब्सट्रेट पर पतली फिल्म की कोटिंग के रूप में लगाना आवश्यक है। परिणामी पदार्थ के गुणों को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों में कणों का समूहन, अवसादन और मैट्रिक्स के भीतर परिक्षेपण या सब्सट्रेट पर कणों का वितरण शामिल हैं।
ग्रैफीन की जलविरागी प्रकृति के कारण, सर्फैक्टेंट या परिक्षेपणकारी पदार्थों के बिना स्थिर और अत्यधिक सांद्र परिक्षेपण तैयार करना चुनौतीपूर्ण है। वान डर वाल्स बलों पर काबू पाने के लिए प्रबल अपरूपण बलों की आवश्यकता होती है, जिन्हें अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा प्रभावी ढंग से उत्पन्न किया जा सकता है। स्थिर परिक्षेपण तैयार करने के लिए यह सबसे उन्नत विधि है।

 
2kW सोनिकेटर UIP2000hdT, 4kW सोनिकेटर UIP4000hdT, 6kW सोनिकेटर UIP6000hdT या 16kW सोनिकेटर UIP16000hdT जैसे अल्ट्रासोनिक डिस्पर्सर का उपयोग करके, उच्च विद्युत चालकता (712 S·m-1), अच्छी परिक्षेपणशीलता और उच्च सांद्रता वाला ग्रैफीन आसानी से तैयार किया जा सकता है। सोनिकेशन से लगभग 65°C के कम प्रक्रिया तापमान पर भी स्थिर ग्रैफीन परिक्षेपण तैयार किया जा सकता है।
 
ग्रैफीन के एक्सफोलिएशन और परिक्षेपण के लिए Hielscher के औद्योगिक प्रोब-प्रकार के सोनिकेटरों के बारे में अधिक जानकारी और तकनीकी विवरण यहाँ मिल सकते हैं:

• UIP1000hdT (1000 वॉट शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड)
• UIP2000hdT (2000 वॉट शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड)
• UIP4000hdT (4000 वॉट शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड)
• UIP6000hdT (6000 वॉट शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड)
• UIP16000hdT (16,000 वॉट शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड)

 
सभी Hielscher सोनिकेटर सभी महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रण की सुविधा देते हैं। अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण तकनीक ग्रैफीन की रासायनिक और क्रिस्टलीय संरचनाओं को क्षति से बचाती है – जिससे अक्षुण्ण, दोषरहित ग्रैफीन फ्लेक्स प्राप्त होते हैं।
Hielscher के शक्तिशाली अल्ट्रासोनिकेटर बड़ी मात्राओं में ग्रैफीन और ग्रैफाइट का प्रसंस्करण कर सकते हैं, उदाहरण के लिए द्रव-चरण एक्सफोलिएशन और ग्रैफीन परिक्षेपण के लिए। प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रण से अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं को बेंच-टॉप स्तर से पूर्ण वाणिज्यिक उत्पादन तक निर्बाध रूप से बढ़ाया जा सकता है।
लगभग 3–4 परतों और लगभग 1μm आकार वाले, अल्ट्रासोनिक रूप से एक्सफोलिएट किए गए कम परतों वाले ग्रैफीन को कम से कम 63 mg/mL की सांद्रताओं पर परिक्षेपित या पुनः परिक्षेपित किया जा सकता है।
 

(b) X3000 और (c) X8000 आवर्धन पर ग्रैफीन नैनोप्लेटलेट्स के SEM चित्र
(अध्ययन और चित्र: ©Alizadeh et al., 2018)

ग्रैफीन के लिए अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र और डिस्पर्सर

Hielscher Ultrasonics, स्थूल परतदार ग्रैफीन और ग्रेफाइट का एक्सफोलिएशन करके उन्हें एकल-, द्वि- और अल्प-परतीय ग्रैफीन में बदलने तथा परिक्षेपित करने के लिए उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक सिस्टम प्रदान करता है। उनके विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर और उन्नत रिएक्टर विशिष्ट प्रक्रिया लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक शक्ति और सटीक नियंत्रण प्रदान करते हैं।

सबसे आवश्यक प्रक्रिया मापदंडों में से एक अल्ट्रासोनिक आयाम है, जो अल्ट्रासोनिक हॉर्न का कंपन विस्थापन होता है। Hielscher के औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर बहुत उच्च आयाम प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और 200µm तक के आयाम पर निरंतर संचालन कर सकते हैं। इससे भी अधिक आयामों के लिए अनुकूलित अल्ट्रासोनिक प्रोब उपलब्ध हैं। सभी Hielscher सोनिकेटरों के प्रक्रिया मापदंडों को आवश्यक प्रक्रिया परिस्थितियों के अनुसार सटीक रूप से समायोजित किया जा सकता है और अंतर्निहित सॉफ़्टवेयर के माध्यम से उनकी निगरानी की जा सकती है, जिससे उच्च विश्वसनीयता, एकसमान गुणवत्ता और पुनरुत्पादनीय परिणाम सुनिश्चित होते हैं। Hielscher सोनिकेटरों की मज़बूत बनावट चुनौतीपूर्ण परिवेशों में 24/7 संचालन के लिए तैयार की गई है, जिससे सोनिकेशन एकल- और अल्प-परतीय ग्रैफीन नैनोशीटों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए पसंदीदा तकनीक बन जाता है।

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों और सहायक उपकरणों की विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है, जिसमें विभिन्न आकारों और ज्यामितियों वाले सोनोट्रोड और रिएक्टर शामिल हैं। इससे उच्चतम गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए इष्टतम अभिक्रिया परिस्थितियों और कारकों, जैसे अभिकर्मक, प्रति आयतन अल्ट्रासोनिक ऊर्जा निवेश, दाब, तापमान और प्रवाह दर का चयन किया जा सकता है। उनके अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों में कई सौ barg तक दाब लगाया जा सकता है, जिससे अत्यधिक श्यान पेस्टों (2,50,000 centipoise तक) का सोनिकेशन संभव होता है।

ये क्षमताएँ अल्ट्रासोनिक परत-पृथक्करण, एक्सफोलिएशन और परिक्षेपण को पारंपरिक पीसने और मिलिंग की तकनीकों से श्रेष्ठ बनाती हैं।
 

Hielscher सोनिकेटर बाज़ार में उपलब्ध सबसे परिष्कृत अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र हैं। Hielscher सोनिकेटरों के साथ मिलने वाले अनेक लाभों का फ़ायदा उठाएँ!