जल-फैलाने योग्य ग्राफीन का अल्ट्रासोनिक छूटना

• मोनो- और द्वि-परत ग्राफीन नैनोशीट्स को उच्च थ्रूपुट के साथ और कम लागत पर अल्ट्रासोनिक छूटना के माध्यम से तेजी से उत्पादित किया जा सकता है।
• अल्ट्रासोनिक रूप से एक्सफ़ोलीएटेड ग्राफीन को पानी-फैलाने योग्य ग्राफीन प्राप्त करने के लिए बायोपॉलिमर के साथ कार्यात्मक किया जा सकता है।
• अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा, संश्लेषित ग्राफीन को आगे एक स्थिर पानी आधारित फैलाव में संसाधित किया जा सकता है।

उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन का अल्ट्रासोनिक छूटना

अल्ट्रासोनिकेशन ग्रेफाइट फ्लेक्स या कणों से ग्राफीन परतों (मोनो-, द्वि- और कुछ-परत ग्राफीन) का उत्पादन करने के लिए एक विश्वसनीय तरीका है। जबकि अन्य सामान्य एक्सफोलिएशन तकनीक जैसे बॉल- और रोल मिल्स या हाई-शीयर मिक्सर कम गुणवत्ता और आक्रामक अभिकर्मकों और सॉल्वैंट्स के उपयोग से जुड़े होते हैं, अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन विधि अपने उच्च गुणवत्ता वाले आउटपुट, उच्च प्रक्रिया क्षमता और हल्के प्रसंस्करण स्थितियों से आश्वस्त होती है।
अल्ट्रासोनिक कैविटेशन तीव्र कतरनी बल बनाता है, जो स्टैक्ड ग्रेफाइट परतों को मोनो-, द्वि- और दोष-मुक्त ग्राफीन की कुछ-परतों में अलग करता है।

सोनिकेशन के माध्यम से जल-फैलाने योग्य ग्राफीन शीट्स

अल्ट्रासोनिकेशन एक प्रभावी प्रक्रिया है जिसमें पानी या कार्बनिक सॉल्वैंट्स में कार्बोनैनोट्यूब को सुलझाने के लिए दोहराए जाने वाले परिणाम होते हैं। [/कैप्शन] सामान्य परिस्थितियों में, ग्राफीन शायद ही पानी में फैलाने योग्य होता है और जलीय माध्यम में फैलने पर समुच्चय और समूह बनाता है। चूंकि जलीय प्रणालियों में सस्ती, गैर विषैले, पर्यावरण के अनुकूल होने के महत्वपूर्ण फायदे हैं, इसलिए पानी आधारित ग्राफीन सिस्टम ग्राफीन निर्माताओं और डाउनस्ट्रीम उद्योग के लिए अत्यधिक आकर्षक हैं।
जल-फैलाने योग्य ग्राफीन नैनोशीट प्राप्त करने के लिए, अल्ट्रासोनिक रूप से एक्सफ़ोलीएटेड ग्राफीन को पॉलीसेकेराइड / बायोपॉलिमर जैसे पुलुलान, चिटोसन, एल्गिनेट, जिलेटिन या गम अरबी के साथ संशोधित किया जाता है।

Ultrasonics का उपयोग कर ग्रेफाइट के प्रत्यक्ष छूटना का प्रोटोकॉल

गैर-आयनिक पुलुलन और आयनिक एल्गिनेट (1.0 ग्राम) को 20 मिलीलीटर आसुत जल में अलग-अलग भंग कर दिया गया था, जबकि धनायनित चिटोसन (0.4 ग्राम) को 20 मिलीलीटर आसुत जल में 1 wt% एसिटिक एसिड के साथ भंग कर दिया गया था। ग्रेफाइट पाउडर जलीय बायोपॉलिमर समाधानों में फैलाया गया था और एक जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर UP200S (अधिकतम शक्ति 200 W, आवृत्ति 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, जर्मनी) का उपयोग करके इलाज किया गया था, जो टाइटेनियम सोनोट्रोड (माइक्रो टिप S3, टिप व्यास 3 मिमी, अधिकतम आयाम 210μm, ध्वनिक शक्ति घनत्व या सतह तीव्रता 460 W सेमी -2) से लैस है: 0.5 चक्र और 50% आयाम, क्रमशः 10, 20, 30 और 60 मिनट की अवधि के लिए। सर्वश्रेष्ठ परिणाम 30min sonication पर प्राप्त किए गए थे। सोनिकेशन को 30 मिनट के लिए 16.25 डब्ल्यू की शक्ति पर लागू किया गया था, जिसमें 731 डब्ल्यूएस एमएल -1 की ऊर्जा खपत (प्रति यूनिट मात्रा में ऊर्जा उत्पादन) थी।
इसके बाद, मिश्रण को अनएक्सफ़ोलीएटेड ग्रेफाइट कणों को हटाने के लिए 60 मिनट के लिए 1500 आरपीएम पर सेंट्रीफ्यूज किया गया और फिर 5 बार धोया गया और अतिरिक्त बायोपॉलिमर को हटाने के लिए 20 मिनट के लिए 5000 आरपीएम पर फिर से सेंट्रीफ्यूज किया गया। परिणामी काले-भूरे रंग के समाधान 40ºC पर वैक्यूम-सूखे थे जब तक कि कोई द्रव्यमान-हानि नहीं हुई। परिणामी बहुलक-ग्राफीन पाउडर को लक्षण वर्णन के लिए पानी (पुलुलन और चिटोसन के लिए 1 मिलीग्राम मिलीलीटर -1; एल्गिनेट के लिए 0.18 मिलीग्राम मिलीलीटर -1) में पुन: वितरित किया गया था। पुलुलान-, एल्गिनेट-, और चिटोसन-असिस्टेड अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा प्राप्त ग्राफीन शीट को क्रमशः पुल-जी, एएलजी-जी और चिट-जी के रूप में इंगित किया गया था।
तीन प्रणालियों में से, पुलुलन और चिटोसन एल्गिनेट की तुलना में ग्रेफाइट के छूटने में अधिक प्रभावी थे। इस विधि में केवल कम पार्श्व (किनारों) दोषों के साथ एक्सफ़ोलीएटेड मोनो-, द्वि- और कुछ-परत ग्राफीन शीट प्राप्त हुईं। ग्राफीन सतह पर बायोपॉलिमर का सोखना जलीय फैलाव की लंबे समय तक चलने वाली स्थिरता (6 महीने से अधिक) प्रदान करता है।
(सीएफ. Unalan एट अल. 2015)

पानी में ग्रेफाइट परत के सोनो-मैकेनिकल एक्सफोलिएशन को दर्शाने वाले फ्रेम का एक उच्च गति अनुक्रम (ए से एफ तक) UP200S का उपयोग करते हुए, 3-mm सोनोट्रोड के साथ 200W अल्ट्रासोनिकेटर है। तीर विभाजन (छूटना) की जगह दिखाते हैं, जिसमें विभाजन में प्रवेश करने वाले गुहिकायन बुलबुले होते हैं।
(अध्ययन और चित्र: © Tyurnina et al. 2020

ग्राफीन छूटना के लिए अल्ट्रासोनिकेटर

Hielscher उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर सफल छूटना और ग्रेफाइट और ग्राफीन के फैलाव के लिए दुनिया भर में उपयोग किया जाता है। हमारे अल्ट्रासोनिक फैलाव प्रयोगशाला और बेंच-टॉप से पूर्ण औद्योगिक उत्पादन इकाइयों तक उपलब्ध हैं। मजबूती, 24/7 ऑपरेशन और कम रखरखाव के अलावा, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर प्रसंस्करण और रैखिक मापनीयता की उच्च आसानी से आश्वस्त करते हैं।
प्रक्रियाओं को आसानी से परीक्षण किया जा सकता है और प्रयोगशाला में अनुकूलित किया जा सकता है। बाद में, सभी प्रक्रिया परिणामों को वाणिज्यिक उत्पादन स्तर तक पूरी तरह से रैखिक किया जा सकता है। यह उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन शीट की उच्च मात्रा के लिए सोनिकेशन को एक प्रभावी और कुशल उत्पादन विधि बनाता है।
Hielscher Ultrasonics औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से 24/7 ऑपरेशन में लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। मिलान अल्ट्रासाउंड रिएक्टर उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन नैनोशीट्स के विश्वसनीय और सुरक्षित बड़े पैमाने पर उत्पादन के साथ-साथ स्थिर नैनोशीट फैलाव की क्षमता सुनिश्चित करते हैं।

Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरण की मजबूती भारी शुल्क पर और मांग वातावरण में 24/7 आपरेशन के लिए अनुमति देता है।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: