जल-फैलाने योग्य ग्रेफेन का अल्ट्रासोनिक एक्सप्लॉयशन

  • एक- और द्वि-परत ग्राफीन nanosheets उच्च प्रवाह क्षमता के साथ अल्ट्रासोनिक छूटना के माध्यम से और कम लागत पर तेजी से उत्पादन किया जा सकता।
  • Ultrasonically exfoliated graphene क्रम पानी dispersible ग्राफीन प्राप्त करने के लिए बायोपॉलिमरों के साथ क्रियाशील किया जा सकता है।
  • अल्ट्रासोनिक गुहिकायन करके, संश्लेषित ग्राफीन आगे एक स्थिर पानी आधारित फैलाव में संसाधित किया जा सकता है।

उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन की अल्ट्रासोनिक छूटना

Ultrasonication एक विश्वसनीय तरीका ग्राफीन परतों (एक-, द्वि और कुछ परत ग्राफीन) ग्रेफाइट के गुच्छे या कणों से उत्पादन होता है। जबकि इस तरह के गेंद और रोल मिलों या उच्च कतरनी मिक्सर के रूप में अन्य आम छूटना तकनीक कम गुणवत्ता और आक्रामक अभिकर्मकों और सॉल्वैंट्स के उपयोग से जुड़े होते हैं, अल्ट्रासोनिक छूटना विधि इसकी उच्च गुणवत्ता उत्पादन, उच्च प्रक्रिया क्षमता और हल्के प्रसंस्करण परिस्थितियों से मना।
अल्ट्रासोनिक गुहिकायन तीव्र कतरनी बल बनाता है, जो स्टैक्ड ग्रेफाइट परतों को दोष-मुक्त ग्राफीन के मोनो-, द्वि- और कुछ-परतों में अलग करता है।

सोनिकेशन के माध्यम से पानी फैलाने योग्य ग्राफीन शीट्स

अल्ट्रासोनिक प्रोब का उपयोग करके सोनिकेशन मोनोलेयर ग्राफीन नैनोशीट्स को एक्सफोलिएट करने और उन्हें समान रूप से फैलाने का एक कुशल तरीका है। अल्ट्रासोनिक कार्यात्मककरण पानी फैलाने योग्य ग्राफीन का उत्पादन करने की अनुमति देता है।अल्ट्रासोनिकेशन एक प्रभावी प्रक्रिया है जिसमें पानी या कार्बनिक सॉल्वैंट्स में कार्बननैनोट्यूब को सुलझाने के लिए दोहराए जाने योग्य परिणाम होते हैं। [/कैप्शन] सामान्य परिस्थितियों में, ग्राफीन पानी में मुश्किल से फैलने 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, पानी आधारित ग्राफीन सिस्टम ग्राफीन निर्माताओं और डाउनस्ट्रीम उद्योग के लिए अत्यधिक आकर्षक हैं।
आदेश पानी dispersable ग्राफीन nanosheets प्राप्त करने के लिए, ultrasonically exfoliated graphene ऐसे पुलुलान, काइटोसान, alginate, जिलेटिन या अरबी गोंद के रूप में पॉलीसैकराइड / बायोपॉलिमरों के साथ संशोधित किया गया है।

लाभ:

  • उच्च गुणवत्ता ग्राफीन
  • उच्च उपज
  • पानी आधारित फैलाव
  • उच्च सांद्रता
  • उच्च दक्षता
  • तेजी से प्रक्रिया
  • कम लागत
  • उच्च throughput
  • पर्यावरण के अनुकूल

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औद्योगिक पैमाने पर ग्राफीन एक्सफोलिएशन के लिए प्रोब-टाइप अल्ट्रासोनिकेटर के साथ अल्ट्रासोनिक रिएक्टर

अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग करके ग्रेफाइट के प्रत्यक्ष एक्सफोलिएशन का प्रोटोकॉल

गैर-आयनिक पुलुलन और आयनिक एल्गिनेट (1.0 ग्राम) को अलग-अलग 20 मिलीलीटर आसुत जल में भंग कर दिया गया था, जबकि धनिक चिटोसन (0.4 ग्राम) को 1 डब्ल्यूटी% एसिटिक एसिड के साथ आसुत जल के 20 मिलीलीटर में भंग कर दिया गया था। ग्रेफाइट पाउडर को जलीय बायोपॉलिमर समाधानों में फैलाया गया था और निम्नलिखित स्थितियों के तहत टाइटेनियम सोनोट्रोड (माइक्रो टिप एस 3, टिप व्यास 3 मिमी, अधिकतम आयाम 210 सेमी, ध्वनिक शक्ति घनत्व या सतह तीव्रता 460 डब्ल्यू सेमी -2) से लैस एक प्रोब-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर यूपी 200 एस (अधिकतम शक्ति 200 डब्ल्यू, आवृत्ति 24 किलोहर्ट्ज, हाइलशर अल्ट्रासोनिक्स, जर्मनी) का उपयोग करके इलाज किया गया था: 0.5 चक्र और 50% आयाम, क्रमशः 10, 20, 30 और 60 मिनट की अवधि के लिए। 30 मिनट सोनिकेशन पर सर्वश्रेष्ठ परिणाम 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 ऊर्जा उत्पादन) थी।
इसके बाद, मिश्रण को 60 मिनट के लिए 1500 आरपीएम पर सेंट्रीफ्यूज किया गया ताकि अनएक्सफोलिएट ग्रेफाइट कणों को हटाया जा सके 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 गहरे-भूरे रंग के घोल को 40 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम-सुखाया गया था जब तक कि कोई द्रव्यमान-हानि नहीं हुई। परिणामी बहुलक-ग्राफीन पाउडर को लक्षण वर्णन के लिए पानी में पुन: वितरित किया गया था (पुलुलान और चिटोसन के लिए 1 मिलीग्राम मिलीलीटर -1; एल्गिनेट के लिए 0.18 मिलीग्राम एमएल -1)। पुलुलन-, एल्गिनेट-, और चिटोसन-असिस्टेड अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा प्राप्त ग्राफीन शीट्स को क्रमशः पुल-जी, एल्ग-जी और चिट-जी के रूप में इंगित किया गया था।
तीन प्रणालियों में से पुलुलान और काइटोसान alginate से ग्रेफाइट का छूटना में अधिक प्रभावी थे। इस विधि exfoliated एक-, द्वि, और केवल कम पार्श्व (किनारों) दोष के साथ कुछ परत ग्राफीन शीट सामने आए। ग्राफीन सतह पर बायोपॉलिमरों की सोखना जलीय फैलाव की एक लंबे समय से स्थायी स्थिरता (6 माह से अधिक) मिलता।
(cf. Unalan et al. 2015)

पानी में अल्ट्रासोनिक graphene exfoliation

फ्रेम का एक उच्च गति अनुक्रम (a से f तक) जो पानी में ग्रेफाइट फ्लेक्स के सोनो-मैकेनिकल एक्सफोलिएशन को दर्शाता है यूपी 200 एस का उपयोग करते हुए, 3-मिमी सोनोट्रोड के साथ 200 वाट अल्ट्रासोनिकेटर। तीर विभाजन को भेदने वाले गुहिकायन बुलबुले के साथ विभाजन (एक्सफोलिएशन) की जगह दिखाते हैं।
(अध्ययन और चित्र: © ट्युर्निना एट अल।

पानी dispersable ग्राफीन nanosheets की अल्ट्रासोनिक छूटना (Unalan एट अल। 2015)

के लिए पुल-जी की TEM छवियों: (क) 10 मिनट; (ख) 20 मिनट; (ग) 30 मिनट; (घ) 60 मिनट; (ई) 30 मिनट के लिए चिट-जी; (च) alg जी 30 मिनट के लिए। (Unalan एट अल। 2015)

ग्राफीन एक्सफोलिएशन के लिए अल्ट्रासोनिकेटर

औद्योगिक Ultrasonicator UIP6000hdT homogenization, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण अनुप्रयोगों के लिए जांच (sonotrode) के माध्यम से उच्च तीव्रता अल्ट्रासाउंड के 6000 वाट बचाता है।हाइल्स्चर उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर का उपयोग ग्रेफाइट और ग्राफीन के सफल एक्सफोलिएशन और फैलाव के लिए दुनिया भर में 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 की उच्च आसानी और रैखिक मापनीयता से आश्वस्त करते हैं।
प्रक्रियाओं को आसानी से परीक्षण किया है और प्रयोगशाला में अनुकूलित किया जा सकता है। बाद में, सभी प्रक्रिया का परिणाम पूरी तरह से वाणिज्यिक उत्पादन स्तर तक रैखिक बढ़ाया जा सकता है। यह sonication के उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन शीट की उच्च मात्रा के लिए एक प्रभावी और कुशल उत्पादन विधि बनाता है।
Hielscher अल्ट्रासोनिक्स औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 24/7 ऑपरेशन में 200 μm तक के आयाम आसानी से लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रॉड्स 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 से भारी कर्तव्य और मांग वातावरण में 24/7 का संचालन करने की अनुमति मिलती है।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

बैच वॉल्यूमप्रवाह की दरअनुशंसित उपकरणों
10 से 2000 मील20 से 400 एमएल / मिनटUP200Ht, UP400St
0.1 से 20 एल0.2 से 4 एल / मिनटUIP2000hdT
10 से 100 एल2 से 10 एल / मिनटUIP4000
एन.ए.10 से 100 एल / मिनटUIP16000
एन.ए.बड़ाके समूह UIP16000

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अल्ट्रासोनिक प्रोब (सोनोट्रोड) का उपयोग करके तीव्र अल्ट्रासोनिकेशन ग्रेफेन नैनो-शीट्स को डिलैमिनेट और एक्सफोलिएट करने का एक अत्यधिक प्रभावी तरीका है।

2डी नैनोशीट्स के अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन का तंत्र।
(अध्ययन और ग्राफिक: ट्युर्निना एट अल।



जानने के योग्य तथ्य

ग्राफीन

ग्राफीन शीट ग्राफीन एसपी की एक monolayer है2-bonded कार्बन परमाणुओं। ग्राफीन इस तरह के एक असाधारण बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र के रूप में अद्वितीय सामग्री विशेषताओं प्रदान करता है (2620 मीटर2जी-1), 1 टीपीए की एक यंग मापांक और 130 GPa, एक अत्यंत उच्च इलेक्ट्रॉनिक चालकता के एक आंतरिक शक्ति के साथ बेहतर यांत्रिक गुणों (कमरे के तापमान इलेक्ट्रॉन 2.5 × 105 सेमी की गतिशीलता2 वी-1रों-1), बहुत उच्च तापीय चालकता (ऊपर 3000 W m कश्मीर-1), सबसे महत्वपूर्ण गुण नाम है। इसके बेहतर सामग्री गुणों के कारण, ग्राफीन भारी विकास और उच्च प्रदर्शन बैटरी, ईंधन सेल, सौर कोशिकाओं, supercapacitor, हाइड्रोजन भंडार, विद्युत चुम्बकीय ढालें ​​और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उत्पादन में प्रयोग किया जाता है। इसके अलावा, ग्राफीन additive मजबूत है, उदा के रूप में कई nanocomposites और मिश्रित सामग्री में शामिल किया जाता है पॉलिमर, चीनी मिट्टी की चीज़ें और धातु मैट्रिक्स में। इसकी उच्च चालकता के कारण, ग्राफीन प्रवाहकीय पेंट और स्याही का एक महत्वपूर्ण घटक है।
तेजी से और सुरक्षित दोष मुक्त ग्राफीन की अल्ट्रासोनिक तैयारी कम लागत पर बड़ी मात्रा में अधिक से अधिक उद्योगों के लिए ग्राफीन की अनुप्रयोगों को चौड़ा करने के लिए अनुमति देता है।

साहित्य / संदर्भ


उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक्स! Hielscher के उत्पाद रेंज बेंच शीर्ष इकाइयों पर कॉम्पैक्ट लैब अल्ट्रासोनिकर से पूर्ण औद्योगिक अल्ट्रासोनिक सिस्टम के लिए पूर्ण स्पेक्ट्रम को शामिल किया गया ।

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