अल्ट्रासोनिक ग्राफीन उत्पादन
ग्राफीन की अल्ट्रासोनिक तैयारी
चूंकि ग्रेफाइट की असाधारण विशेषताएं ज्ञात हैं, इसकी तैयारी के लिए कई विधियां विकसित की गई हैं। बहु-चरण प्रक्रियाओं में ग्रैफेन ऑक्साइड से ग्रैफेन के रासायनिक उत्पादन के अलावा, जिसके लिए बहुत मजबूत ऑक्सीकरण और घटाने वाले एजेंटों की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, इन कठोर रासायनिक परिस्थितियों के तहत तैयार किए गए ग्रैफेन में अन्य विधियों से प्राप्त ग्रैफेन की तुलना में कमी के बाद भी बड़ी मात्रा में दोष होते हैं। हालांकि, अल्ट्रासाउंड बड़ी मात्रा में भी उच्च गुणवत्ता वाले graphene उत्पादन करने के लिए एक सिद्ध विकल्प है। शोधकर्ताओं ने अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके थोड़ा अलग तरीके विकसित किए हैं, लेकिन आम तौर पर ग्रैफेन उत्पादन एक सरल एक-चरण प्रक्रिया है।
एक विशिष्ट ग्राफीन उत्पादन मार्ग का एक उदाहरण देने के लिए: ग्रेफाइट पतला कार्बनिक अम्ल, शराब, और पानी का मिश्रण में जोड़ा जाता है, और फिर मिश्रण अल्ट्रासोनिक विकिरण के संपर्क में है। एसिड एक रूप में काम करता “आणविक कील” जो माता-पिता ग्रेफाइट से ग्राफीन की चादरें अलग करती है। इस सरल प्रक्रिया के द्वारा, undamaged, उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन पानी में बिखरे की एक बड़ी मात्रा में बनाया जाता है। (एक एट अल। 2010)
चित्र 1:। विभिन्न स्थानों में हासिल कर ली तीन ऊंचाई प्रोफाइल के साथ exfoliated GO चादरों की AFM छवि (Stankovich एट अल 2007।)
UIP2000hdT – ग्राफीन एक्सफोलिएशन के लिए 2kW शक्तिशाली अल्ट्रासोनिकेटर
ग्राफीन प्रत्यक्ष छूटना
अल्ट्रासाउंड कार्बनिक सॉल्वैंट्स, सर्फेकेंट्स / पानी के समाधान, या आयनिक तरल पदार्थ में graphenes की तैयारी के लिए अनुमति देता है। इसका मतलब है कि मजबूत ऑक्सीकरण या कम करने के एजेंटों के उपयोग से बचा जा सकता है। Stankovich एट अल। (2007) ultrasonication के तहत छूटना द्वारा ग्राफीन का उत्पादन किया।
(; नीचे दिए गए उदाहरण छवि में दिखाया गया है 1 ~ 1 एनएम।) ग्राफीन ऑक्साइड 1 मिलीग्राम की सांद्रता में अल्ट्रासोनिक उपचार द्वारा exfoliated की AFM छवियों / पानी में एमएल हमेशा समान मोटाई के साथ चादरें की उपस्थिति का पता चला। ग्राफीन ऑक्साइड का ये अच्छी तरह से exfoliated नमूने निहित कोई चादरें या तो मोटा या 1nm तुलना में पतली, एक निष्कर्ष यह है कि अलग-अलग ग्राफीन ऑक्साइड चादरें करने के लिए नीचे ग्राफीन ऑक्साइड की पूरी छूटना वास्तव में इन परिस्थितियों में हासिल की थी के लिए अग्रणी। (Stankovich एट अल। 2007)
ग्राफीन शीट की तैयारी
Stengl एट अल। ग्राफीन nanosheets और टाइटेनिया जटिल peroxo साथ निलंबन के थर्मल जलीय विश्लेषण द्वारा nonstoichiometric TiO2 ग्राफीन nanocomposit के उत्पादन के दौरान बड़ी मात्रा में शुद्ध ग्राफीन शीट के सफल तैयारी दिखाई है। शुद्ध ग्राफीन nanosheets को काफी गहन गुहिकायन Hielscher की अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर द्वारा उत्पन्न क्षेत्र का उपयोग प्राकृतिक ग्रेफाइट से उत्पादन किया गया था UIP1000hd 5 बार में एक उच्च दबाव अल्ट्रासोनिक रिएक्टर में। TiO2 photocatalytic गतिविधि को बढ़ाने के लिए के लिए ग्राफीन शीट, प्राप्त उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र और अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक गुणों के साथ, एक अच्छा समर्थन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता। अनुसंधान समूह का दावा है ultrasonically तैयार ग्राफीन की गुणवत्ता हथौड़ा की विधि है, जहां ग्रेफाइट exfoliated और ऑक्सीकरण द्वारा प्राप्त ग्राफीन की तुलना में बहुत अधिक है। के रूप में अल्ट्रासोनिक रिएक्टर में भौतिक स्थितियों ठीक नियंत्रित किया जा सकता है और इस धारणा है कि एक dopant के रूप में ग्राफीन की एकाग्रता 1 की श्रेणी में अलग अलग होंगे द्वारा – 0.001%, पर एक सतत प्रणाली में ग्राफीन की उत्पादन वाणिज्यिक पैमाने संभव है।
ग्राफीन ऑक्साइड की अल्ट्रासोनिक उपचार द्वारा तैयारी
ओह एट अल। (2010) अल्ट्रासोनिक विकिरण का उपयोग कर ग्राफीन ऑक्साइड (GO) परतों का निर्माण करने के लिए एक तैयारी मार्ग दिखाया है। इसलिए, वे de-आयनित पानी की 200 मिलीलीटर में ग्राफीन ऑक्साइड पाउडर के पच्चीस मिलीग्राम निलंबित कर दिया। सरगर्मी से वे एक inhomogeneous भूरे रंग के निलंबन प्राप्त की। जिसके परिणामस्वरूप निलंबन sonicated थे (30 मिनट, 1.3 × 105J), और (कम से 373 कश्मीर) ultrasonically इलाज किया ग्राफीन ऑक्साइड उत्पादन किया गया था सुखाने के बाद। एक एफटीआईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी से पता चला कि अल्ट्रासोनिक उपचार ग्राफीन ऑक्साइड का कार्य समूहों को नहीं बदला।
चित्र 2:। ग्राफीन nanosheets ultrasonication द्वारा प्राप्त की SEM छवि (ओह एट अल 2010।)
UIP4000hdT – 4 किलोवाट हाई-पावर अल्ट्रासोनिकेटर
ग्राफीन शीट के functionalization
जू और Suslick (2011) polystyrene क्रियाशील ग्रेफाइट की तैयारी के लिए एक सुविधाजनक एक कदम विधि का वर्णन। उनके अध्ययन में, वे बुनियादी कच्चे माल के रूप ग्रेफाइट के गुच्छे और स्टाइरीन इस्तेमाल किया। स्टाइरीन में ग्रेफाइट के गुच्छे (एक प्रतिक्रियाशील मोनोमर) sonicating करके, अल्ट्रासाउंड विकिरण एकल परत और कुछ परत ग्राफीन शीट में ग्रेफाइट के गुच्छे के mechanochemical छूटना में हुई। इसके साथ ही, polystyrene श्रृंखला के साथ ग्राफीन शीट के functionalization हासिल किया गया है।
functionalization का एक ही प्रक्रिया ग्राफीन के आधार पर कंपोजिट के लिए अन्य विनाइल मोनोमर के साथ किया जा सकता है।
Nanoribbons की तैयारी
हांग्जी दाई और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के उनके सहयोगियों के शोध समूह ने नैनोरिबन्स तैयार करने के लिए एक तकनीक पाई। ग्रैफेन रिबन ग्रैफेन की पतली पट्टियां होती हैं जिनके पास गैफेन शीट की तुलना में और भी उपयोगी विशेषताएं हो सकती हैं। लगभग 10 एनएम या उससे कम की चौड़ाई पर, ग्रैफेन रिबन व्यवहार अर्धचालक के समान होता है क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को लंबाई में स्थानांतरित करने के लिए मजबूर किया जाता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनिक्स में अर्धचालक-जैसे कार्यों के साथ नैनोरिबन्स का उपयोग करना दिलचस्प हो सकता है (उदाहरण के लिए छोटे, तेज़ कंप्यूटर चिप्स के लिए)।
दाई एट अल। दो कदम पर graphene nanoribbons ठिकानों की तैयारी: पहला, वे ग्रेफाइट से ग्राफीन की परतों 1000ºC की उष्मा उपचार से आर्गन गैस में 3% हाइड्रोजन में एक मिनट के लिए ढीला। फिर, ग्राफीन ultrasonication का उपयोग कर स्ट्रिप्स में टूट गया था। nanoribbons इस तकनीक के द्वारा प्राप्त ज्यादा की विशेषता 'चिकनी कर रहे हैं’ पारंपरिक lithographic माध्यम से किए गए उन लोगों की तुलना किनारों। (जिओ एट अल। 2009)
कार्बन Nanoscrolls की तैयारी
कार्बन Nanoscrolls बहु-दीवार कार्बन नैनोट्यूब के समान हैं। MWCNTs करने के लिए अंतर खुला सुझाव और अन्य अणुओं के भीतरी सतहों से भरा पहुंच है। वे पोटेशियम के साथ ग्रेफाइट intercalating, पानी में exfoliating और कोलाइडयन निलंबन sonicating द्वारा गीला-रासायनिक संश्लेषित किया जा सकता है। (सीएफ Viculis एट अल। 2003) ultrasonication कार्बन nanoscrolls में ग्राफीन monolayers के ऊपर स्क्रॉल सहायता करता है (छवि देखते हैं। 3)। 80% की एक उच्च रूपांतरण दक्षता हासिल किया गया है, कि वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए दिलचस्प nanoscrolls के उत्पादन करता है।
Fig.3: कार्बन Nanoscrolls की अल्ट्रासोनिक संश्लेषण (Viculis एट अल 2003।)
ग्राफीन Dispersions
ग्रैफेन और ग्रैफेन ऑक्साइड का फैलाव ग्रेड इसकी विशिष्ट विशेषताओं के साथ गैफेन की पूरी क्षमता का उपयोग करना बेहद महत्वपूर्ण है। यदि नियंत्रित परिस्थितियों में ग्रैफेन फैल नहीं जाता है, तो ग्रैफेन फैलाव की पॉलीडिस्परिटी अप्रत्याशित या गैर-व्यवहारिक व्यवहार का कारण बन सकती है जब इसे डिवाइस में शामिल किया जाता है क्योंकि ग्रैफेन के गुण इसके संरचनात्मक मानकों के एक समारोह के रूप में भिन्न होते हैं। Sonication interlayer बलों को कमजोर करने के लिए एक सिद्ध उपचार है और महत्वपूर्ण प्रसंस्करण मानकों के सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति देता है।
"ग्राफीन ऑक्साइड (GO), जो आमतौर पर एकल परत शीट के रूप में exfoliated है के लिए, मुख्य polydispersity चुनौतियों में से एक गुच्छे के पार्श्व क्षेत्र में बदलाव से उत्पन्न होती है। यह दिखाया गया है कि गो की संकरी पार्श्व आकार ग्रेफाइट प्रारंभिक सामग्री और sonication की स्थिति बदलकर 20 सुक्ष्ममापी करने के लिए 400 एनएम से स्थानांतरित किया जा सकता। "(ग्रीन एट अल। 2010)
अल्ट्रासोनिक dispersing ग्राफीन ठीक है और यहां तक कि कोलाइडयन slurries में जिसके परिणामस्वरूप के विभिन्न अन्य अध्ययन में प्रदर्शन किया गया है। (लियू एट अल। 2011 / बेबी एट अल। 2011 / चोई एट अल। 2010)
झांग एट अल। (2010) से पता चला है कि ultrasonication के उपयोग द्वारा 1 मिलीग्राम की एक उच्च एकाग्रता के साथ एक स्थिर ग्राफीन फैलाव · एमएल -1 और अपेक्षाकृत शुद्ध ग्राफीन शीट हासिल कर रहे हैं, और के रूप में तैयार ग्राफीन शीट 712 एस के एक उच्च विद्युत चालकता प्रदर्शन · मीटर-1। फूरियर तब्दील अवरक्त स्पेक्ट्रा और रमन स्पेक्ट्रा परीक्षा के परिणाम संकेत दिया कि अल्ट्रासोनिक तैयारी विधि ग्राफीन की रासायनिक और क्रिस्टल संरचनाओं को कम नुकसान है।
उच्च प्रदर्शन Ultrasonicators
उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन नैनो-शीट के उत्पादन के लिए, विश्वसनीय उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक उपकरण की आवश्यकता है। आयाम, दबाव और तापमान एक आवश्यक मापदंडों, जो प्रजनन क्षमता और लगातार उत्पाद की गुणवत्ता के लिए महत्वपूर्ण हैं । हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स’ अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर शक्तिशाली और सटीक नियंत्रणीय सिस्टम हैं, जो प्रक्रिया मापदंडों और निरंतर उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड आउटपुट की सटीक सेटिंग के लिए अनुमति देते हैं। हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम वितरित कर सकते हैं। 200 डिग्री तक के आयाम आसानी से लगातार 24/ यहां तक कि उच्च आयाम के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरण ों की मजबूती भारी शुल्क पर और मांग वातावरण में 24 /
हमारे ग्राहक हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक के सिस्टम की उत्कृष्ट मजबूती और विश्वसनीयता से संतुष्ट हैं। भारी शुल्क आवेदन के क्षेत्रों में स्थापना, वातावरण की मांग और 24/7 आपरेशन कुशल और किफायती प्रसंस्करण सुनिश्चित करते हैं । अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया तीव्रीकरण प्रसंस्करण समय को कम करता है और बेहतर परिणाम प्राप्त करता है, यानी उच्च गुणवत्ता, उच्च पैदावार, अभिनव उत्पाद।
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 |
| एन.ए. | 10 से 100 एल / मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | के समूह UIP16000 |
Ultrasonically ग्राफीन की तैयारी सहायता प्रदान की
लैब से पायलट और औद्योगिक पैमाने तक उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनेज़र।
साहित्य / संदर्भ
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जानने के योग्य तथ्य
ग्राफीन क्या है?
ग्राफीन - - कि नियमित रूप से खड़ी दिखती हैं ग्रेफाइट sp2-संकरित, hexagonally व्यवस्था की कार्बन परमाणुओं की दो आयामी शीट से बना है। ग्राफीन के परमाणु-पतली शीट, जो गैर संबंध बातचीत से ग्रेफाइट के रूप में, एक चरम बड़े सतह क्षेत्र की विशेषता है। ग्राफीन अपने बेसल स्तरों कि लगभग साथ पहुंचता है के साथ एक असाधारण शक्ति और दृढ़ता को दर्शाता है। 1020 GPa लगभग हीरे की शक्ति मान।
ग्राफीन, सहित ग्रेफाइट के अलावा, यह भी कार्बन नैनोट्यूब और फुलरीन कुछ एलोट्रोप्स की बुनियादी संरचनात्मक तत्व है। योज्य के रूप में प्रयोग किया जाता है, ग्राफीन नाटकीय रूप से बेहद कम लोडिंग पर बिजली, भौतिक, यांत्रिक, और बाधा बहुलक कंपोजिट के गुणों में वृद्धि कर सकते हैं। (जू, Suslick 2011)
इसकी गुणधर्मों से, ग्रैफेन उत्कृष्टता की एक सामग्री है और इस प्रकार उन उद्योगों के लिए वादा करता है जो कंपोजिट्स, कोटिंग्स या माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स का उत्पादन करते हैं। गीम (200 9) निम्नलिखित अनुच्छेद में संक्षेप में सुपरमटेरियल के रूप में graphene का वर्णन करता है:
"यह ब्रह्मांड में सबसे पतली सामग्री है और सबसे मजबूत कभी मापा गया है। इसके चार्ज वाहक विशाल आंतरिक गतिशीलता प्रदर्शित करते हैं, सबसे छोटा प्रभावी द्रव्यमान (यह शून्य है) और कमरे के तापमान पर बिखरने के बिना माइक्रोमीटर-लंबी दूरी की यात्रा कर सकते हैं। ग्रैफेन तांबे की तुलना में 6 गुना अधिक वर्तमान घनत्व को बनाए रख सकता है, रिकॉर्ड थर्मल चालकता और कठोरता दिखाता है, गैसों के लिए अभेद्य है और इस तरह के विरोधाभासी गुणों को विचित्रता और लचीलापन के रूप में सुलझाता है। ग्रैफेन में इलेक्ट्रॉन परिवहन को एक डिराक-समान समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है, जो एक बेंच-टॉप प्रयोग में सापेक्ष क्वांटम घटना की जांच की अनुमति देता है। "
इन बकाया सामग्री की विशेषताओं के कारण, ग्राफीन सबसे होनहार सामग्री में से एक है और nanomaterial अनुसंधान का ध्यान केंद्रित में खड़ा है।
ग्राफीन के लिए संभावित अनुप्रयोग
जैविक अनुप्रयोग: अल्ट्रासोनिक ग्रेफेन तैयारी और इसके जैविक उपयोग के लिए एक उदाहरण पार्क एट अल द्वारा "सोनोकेमिकल कमी के माध्यम से ग्रैफेन-गोल्ड नैनोकोमोसाइट्स का संश्लेषण" अध्ययन में दिया गया है। (2011), जहां कम ग्रैफेन ऑक्साइड -गोल्ड (एयू) नैनोकणों से एक नैनोकोमोसाइट को एक साथ सोने के आयनों को कम करके और कम ग्रेफेन ऑक्साइड की सतह पर सोने के नैनोकणों को जमा करके संश्लेषित किया गया था। सोने के आयनों में कमी और कम ग्रेफेन ऑक्साइड पर सोने के नैनोकणों को एंकर करने के लिए ऑक्सीजन कार्यक्षमताओं की पीढ़ी को सुविधाजनक बनाने के लिए, अल्ट्रासाउंड विकिरण प्रतिक्रियाओं के मिश्रण पर लागू किया गया था। सोना-बाध्यकारी-पेप्टाइड-संशोधित जैव-अणुओं का उत्पादन गैफेन और ग्रैफेन कंपोजिट्स के अल्ट्रासोनिक विकिरण की संभावना को दर्शाता है। इसलिए, अल्ट्रासाउंड अन्य जैव-अणुओं को तैयार करने के लिए एक उपयुक्त उपकरण प्रतीत होता है।
इलेक्ट्रॉनिक्स: ग्राफीन इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र के लिए एक अत्यधिक कार्यात्मक सामग्री है। ग्राफीन के ग्रिड के भीतर आरोप वाहकों के उच्च गतिशीलता करके, ग्राफीन उच्च आवृत्ति-प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में तेजी से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए उच्चतम ब्याज की है।
सेंसर: ultrasonically exfoliated graphene अत्यधिक संवेदनशील और चयनात्मक conductometric सेंसर के उत्पादन (जिसका प्रतिरोध तेजी से बदल जाता है के लिए इस्तेमाल किया जा सकता >संतृप्त इथेनॉल वाष्प में 10 000%), और अत्यंत उच्च विशिष्ट समाई (120 एफ / छ), शक्ति घनत्व (105 किलोवाट / किग्रा), और ऊर्जा घनत्व (9.2 Wh / किग्रा) के साथ ultracapacitors। (एक एट अल। 2010)
शराब: शराब उत्पादन के लिए: एक पक्ष आवेदन शराब उत्पादन में ग्राफीन की उपयोग हो सकता है, वहाँ ग्राफीन झिल्ली शराब शुद्ध करने के लिए और इस तरह मादक पेय पदार्थों को मजबूत बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
सबसे मजबूत, सबसे विद्युत प्रवाहकीय और सबसे हल्का और सबसे लचीला सामग्री के रूप में, ग्राफीन सौर कोशिकाओं, कटैलिसीस, पारदर्शी और छोड़नेवाला प्रदर्शित करता है, micromechanical प्रतिध्वनिकारक, ट्रांजिस्टर, लिथियम हवा बैटरी में कैथोड के रूप में के लिए एक आशाजनक सामग्री, ultrasensitive रासायनिक डिटेक्टरों के लिए है , प्रवाहकीय कोटिंग्स के साथ ही यौगिकों में योज्य के रूप में इस्तेमाल करते हैं।
हाई पावर अल्ट्रासाउंड का कार्य सिद्धांत
जब उच्च तीव्रता पर तरल पदार्थ का sonicating, ध्वनि तरंगों तरल मीडिया में फैलता है परिणामस्वरूप उच्च दबाव (संपीड़न) और कम दबाव (दुर्लभ प्रतिक्रिया) चक्र, आवृत्ति के आधार पर दरों के साथ। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले या voids बनाते हैं। जब बुलबुले एक मात्रा प्राप्त करते हैं जिस पर वे अब ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं, तो वे उच्च दबाव वाले चक्र के दौरान हिंसक रूप से गिर जाते हैं। इस घटना को cavitation कहा जाता है। प्रत्यारोपण के दौरान बहुत अधिक तापमान (लगभग 5,000 के) और दबाव (लगभग 2,000atm) स्थानीय स्तर पर पहुंच जाते हैं। का आरोपण गुहिकायन बुलबुला भी अप करने के लिए 280m / s वेग का तरल जेट विमानों में परिणाम है। (Suslick 1998) ultrasonically उत्पन्न गुहिकायन रासायनिक और भौतिक प्रभाव है, जो प्रक्रियाओं के लिए लागू किया जा सकता का कारण बनता है।
गुहिकायन प्रेरित sonochemistry की ~ 5000 कश्मीर बुलबुले के अंदर हॉट स्पॉट के साथ, ऊर्जा और बात के बीच एक अनूठा बातचीत प्रदान करता है, ~ 1000 बार, हीटिंग और ठंडा करने की दर के दबाव >1010K रों-1; इन असाधारण परिस्थितियों के असामान्य सामग्री nanostructured की एक विस्तृत विविधता के संश्लेषण के लिए अनुमति देता है रासायनिक प्रतिक्रिया अंतरिक्ष सामान्य रूप से सुलभ नहीं, की एक श्रृंखला के लिए उपयोग की अनुमति है। (Bang 2010)