ग्राफीन का अल्ट्रासोनिक फैलाव
कंपोजिट में ग्राफीन को शामिल करने के लिए, पूरे फॉर्मूलेशन में समान रूप से एकल नैनो-शीट में ग्राफीन को फैलाना या एक्सफोलिएट करना आवश्यक है। ग्राफीन को जितनी अच्छी तरह से डीग्लोमेरेटेड किया जाता है, उतना ही बेहतर इसके असाधारण भौतिक गुणों का उपयोग किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक फैलाव बेहतर कण वितरण और फैलाव स्थिरता प्रदान करता है, यहां तक कि उच्च सांद्रता और चिपचिपाहट पर भी। यह विधि उत्कृष्ट फैलाव गुणवत्ता प्रदान करती है, जो पारंपरिक मिश्रण तकनीकों को पार करती है।
ग्राफीन का अल्ट्रासोनिक फैलाव
ग्राफीन की उत्कृष्ट विशेषताओं के साथ कंपोजिट को प्रभावित करने के लिए, जैसे कि इसकी ताकत, ग्राफीन को समान रूप से एक मैट्रिक्स में फैलाया जाना चाहिए या एक सब्सट्रेट पर एक पतली फिल्म कोटिंग के रूप में लागू किया जाना चाहिए। परिणामी भौतिक गुणों को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों में समूह, अवसादन, और सब्सट्रेट पर मैट्रिक्स या कण वितरण के भीतर फैलाव शामिल हैं।
ग्राफीन की हाइड्रोफोबिक प्रकृति के कारण, सर्फेक्टेंट या फैलाव के बिना एक स्थिर और अत्यधिक केंद्रित फैलाव बनाना चुनौतीपूर्ण है। वैन डेर वाल्स बलों पर काबू पाने के लिए मजबूत कतरनी बलों की आवश्यकता होती है, जिसे अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा प्रभावी ढंग से उत्पन्न किया जा सकता है। यह विधि स्थिर फैलाव तैयार करने के लिए सबसे परिष्कृत है।
ग्राफीन के उच्च-थ्रूपुट फैलाव के लिए औद्योगिक sonicators।
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ग्राफीन छूटना और फैलाव के लिए Hielscher औद्योगिक जांच-प्रकार sonicators के बारे में अधिक जानकारी और तकनीकी विवरण यहां पाया जा सकता है:
- UIP1000hdT (1000 वाट बिजली अल्ट्रासाउंड)
- UIP2000hdT (2000 वाट पावर अल्ट्रासाउंड)
- UIP4000hdT (4000 वाट बिजली अल्ट्रासाउंड)
- UIP6000hdT (6000 वाट बिजली अल्ट्रासाउंड)
- UIP16000hdT (16,000 वाट बिजली अल्ट्रासाउंड)
सभी Hielscher sonicators सभी महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति देते हैं, अल्ट्रासोनिक फैलाव तकनीक ग्राफीन के रासायनिक और क्रिस्टल संरचनाओं के नुकसान से बचा जाता है – जिसके परिणामस्वरूप प्राचीन, दोष-मुक्त ग्राफीन फ्लेक्स होते हैं।
Hielscher शक्तिशाली अल्ट्रासोनिकेटर बड़ी मात्रा में ग्राफीन और ग्रेफाइट को संसाधित करने में सक्षम हैं, उदाहरण के लिए तरल-चरण छूटना और ग्राफीन फैलाव के लिए। प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रण बेंच-टॉप से पूर्ण-वाणिज्यिक उत्पादन तक अल्ट्रासोनिक प्रक्रियाओं के निर्बाध स्केल-अप की अनुमति देता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से एक्सफ़ोलीएटेड कुछ-परत ग्राफीन लगभग 3-4 परतों और लगभग 1μm के आकार के साथ कम से कम 63 मिलीग्राम / एमएल की सांद्रता पर फैलाया जा सकता है।
(b) X3000 और (c) X8000 पर ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स की SEM छवियां
(अध्ययन और चित्र: ©अलीज़ादेह एट अल।
- उच्च गुणवत्ता ग्राफीन
- उच्च थ्रूपुट/उच्च पैदावार
- एकसमान फैलाव
- उच्च एकाग्रता
- उच्च चिपचिपापन
- तीव्र प्रक्रिया
- कम लागत
- अत्यधिक कुशल
- पर्यावरण के अनुकूल
ग्राफीन फैलाव के लिए 7kW अल्ट्रासोनिक रिएक्टर
अल्ट्रासोनिक Homogenizers और ग्राफीन के लिए Disperser
Hielscher Ultrasonics मोनो-, द्वि- और कुछ-स्तरित ग्राफीन में थोक-स्तरित ग्राफीन और ग्रेफाइट को एक्सफ़ोलीएटिंग और फैलाने के लिए उच्च-शक्ति 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 पर कंपन विस्थापन है। Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर को 200μm तक निरंतर संचालन के साथ बहुत उच्च आयाम देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक जांच उपलब्ध हैं। सभी Hielscher sonicators की प्रक्रिया मापदंडों को आवश्यक प्रक्रिया स्थितियों में ठीक से समायोजित किया जा सकता है और अंतर्निहित सॉफ़्टवेयर के माध्यम से निगरानी की जा सकती है, जिससे उच्च विश्वसनीयता, सुसंगत गुणवत्ता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम सुनिश्चित होते हैं। Hielscher sonicators के मजबूत डिजाइन की मांग वातावरण में 24/7 आपरेशन के लिए बनाया गया है, sonication मोनो और कुछ स्तरित ग्राफीन nanosheets के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए पसंदीदा तकनीक बनाने.
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर और सहायक उपकरण की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है, जिसमें विभिन्न आकारों और ज्यामिति के सोनोरोड्स और रिएक्टर शामिल हैं। यह उच्चतम गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए इष्टतम प्रतिक्रिया स्थितियों और कारकों, जैसे अभिकर्मकों, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा इनपुट प्रति मात्रा, दबाव, तापमान और प्रवाह दर के चयन की अनुमति देता है। उनके अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों को कई सौ बार्ग तक दबाया जा सकता है, जिससे अत्यधिक चिपचिपा पेस्ट (250,000 सेंटीपोइज़ तक) का सोनिकेशन संभव हो जाता है।
ये क्षमताएं अल्ट्रासोनिक प्रदूषण, छूटना, और पारंपरिक पीसने और मिलिंग तकनीकों से बेहतर फैलाना बनाती हैं।
Hielscher sonicators बाजार पर सबसे परिष्कृत अल्ट्रासोनिक homogenizers हैं। Hielscher sonicators के साथ आने वाले कई लाभों का लाभ उठाएं!
ग्राफिक sonicator UP100H का उपयोग ग्राफीन nanoplatelets के अल्ट्रासोनिक संश्लेषण visualizing
(अध्ययन और ग्राफिक: घनेम और रीहिम, 2018)
ग्राफीन के लिए Hielscher Sonicators:
- हाई पावर अल्ट्रासाउंड
- उच्च अपरूपण बल
- उच्च दबाव लागू
- सटीक नियंत्रण
- निर्बाध मापनीयता (रैखिक)
- बैच और फ्लो-थ्रू
- प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम
- विश्वसनीयता
- मजबूती
- उच्च ऊर्जा दक्षता
जानने के योग्य तथ्य
ग्राफीन क्या है?
ग्राफीन कार्बन की एक-परमाणु-मोटी परत है, जिसे ग्राफीन की एकल-परत या 2 डी संरचना (एकल परत ग्राफीन = एसएलजी) के रूप में वर्णित किया जा सकता है। ग्राफीन में एक असाधारण रूप से बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र और बेहतर यांत्रिक गुण (यंग का 1 टीपीए का मापांक और 130 जीपीए की आंतरिक ताकत) है, जो महान इलेक्ट्रॉनिक और तापीय चालकता, चार्ज वाहक गतिशीलता, पारदर्शिता प्रदान करता है, और गैसों के लिए अभेद्य है। इन भौतिक विशेषताओं के कारण, ग्राफीन का उपयोग कंपोजिट को अपनी ताकत, चालकता आदि देने के लिए योजक को मजबूत करने के रूप में किया जाता है। अन्य सामग्रियों के साथ ग्राफीन की विशेषताओं को संयोजित करने के लिए, ग्राफीन को यौगिक में फैलाया जाना चाहिए या सब्सट्रेट पर पतली-फिल्म कोटिंग के रूप में लागू किया जाना चाहिए।
आम सॉल्वैंट्स, जिन्हें अक्सर ग्राफीन नैनोशीट्स को फैलाने के लिए तरल चरण के रूप में उपयोग किया जाता है, में डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड (डीएमएसओ), एन, एन-डाइमिथाइलफॉर्ममाइड (डीएमएफ), एन-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (एनएमपी), टेट्रामेथिलुरिया (टीएमयू, टेट्राहाइड्रोफुरन (टीएचएफ), प्रोपलीन कार्बोनेटएसीटोन (पीसी), इथेनॉल, और फॉर्मामाइड।
क्या ग्राफीन को पानी में फैलाया जा सकता है?
हां, एकत्रीकरण को रोकने और फैलाव स्थिरता बनाए रखने के लिए सर्फेक्टेंट, पॉलिमर या अन्य स्थिर एजेंटों का उपयोग करके ग्राफीन को पानी में फैलाया जा सकता है। प्रोब-टाइप सोनिकेटर जैसे विश्वसनीय फैलाव उपकरण भी अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का उपयोग करके एग्लोमेरेट्स को तोड़ने और ग्राफीन कणों के आकार को कम करने, तरल माध्यम में अधिक समान और स्थिर फैलाव को बढ़ावा देने के लिए ग्राफीन फैलाव में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
क्या ग्राफीन ऑक्साइड पानी में घुल सकता है?
हां, ग्राफीन ऑक्साइड अपने ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों के कारण पानी में घुल सकता है, जो इसकी हाइड्रोफिलिसिटी को बढ़ाता है और इसे स्थिर जलीय फैलाव बनाने की अनुमति देता है।
ग्राफीन को फैलाने के लिए सबसे अच्छा विलायक क्या है?
ग्राफीन को फैलाने के लिए सबसे अच्छा विलायक एन-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (एनएमपी) है क्योंकि इसकी उच्च ध्रुवीयता और ग्राफीन शीट को स्थिर करने की क्षमता है, जिसके परिणामस्वरूप एक समान और स्थिर फैलाव होता है।
ग्राफीन पानी में अघुलनशील क्यों है?
ग्राफीन पानी में अघुलनशील है क्योंकि इसमें कार्यात्मक समूहों का अभाव है जो पानी के अणुओं के साथ बातचीत कर सकते हैं, जिससे यह हाइड्रोफोबिक हो जाता है और ग्राफीन शीट के बीच मजबूत वैन डेर वाल्स बलों के कारण एकत्रीकरण के लिए प्रवण होता है।
कंपोजिट में ग्राफीन का उपयोग क्यों किया जाता है?
ग्राफीन एक परमाणु की मोटाई के साथ सबसे पतला है, जिसका वजन लगभग 0.77 मिलीग्राम प्रति 1 मीटर है2 सबसे हल्का, और 150,000,000 साई (स्टील से 100-300 गुना मजबूत) की तन्य कठोरता और 130,000,000,000 पास्कल की तन्य शक्ति के साथ सबसे मजबूत सामग्री ज्ञात है।
इसके अलावा, ग्राफीन सबसे अच्छा थर्मल कंडक्टर है (कमरे के तापमान पर (4.84±0.44) × 103 (5.30±0.48) × 103 डब्ल्यू·एम-11· K-1) और सबसे अच्छा विद्युत कंडक्टर (इलेक्ट्रॉन गतिशीलता 15,000 सेमी के रूप में उच्च2· बहुत-1·एस-1).
ग्राफीन की एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता इसकी ऑप्टिकल संपत्ति है जिसमें सफेद प्रकाश के πα≈2.3% पर प्रकाश अवशोषण और इसकी पारदर्शी उपस्थिति है।
मैट्रिसेस में ग्राफीन को शामिल करके, उन उत्कृष्ट सामग्री विशेषताओं को परिणामी समग्र में स्थानांतरित किया जा सकता है, जो अद्वितीय कार्यक्षमता प्रदान करता है। इस तरह के ग्राफीन-प्रबलित कंपोजिट सामग्री विकास और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए नई संभावनाएं प्रदान करते हैं। इसकी विशेषताओं के कारण, ग्राफीन और ग्राफीन-कंपोजिट पहले से ही उच्च प्रदर्शन वाली बैटरी, सुपरकैपेसिटर, प्रवाहकीय स्याही, कोटिंग्स, फोटोवोल्टिक सिस्टम और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण में व्यापक रूप से फैले हुए हैं
Hielscher sonicators समग्र मैट्रिसेस में समान रूप से ग्राफीन नैनोशीट्स वितरित करने के क्रम में वैन डेर वाल्स बलों पर काबू पाने के लिए आवश्यक उच्च कतरनी बलों उद्धार. UIP2000hdT या UIP16000 जैसे अल्ट्रासोनिक फैलाव का उपयोग ग्राफीन- और ग्राफीन ऑक्साइड-प्रबलित नैनो-कंपोजिट का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।
साहित्य/संदर्भ
- 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 से उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है प्रयोगशाला तक औद्योगिक आकार।