जल-आधारित ग्रैफीन का परत-वियोजन

अल्ट्रासोनिक परत-वियोजन से कठोर विलायकों का उपयोग किए बिना केवल शुद्ध पानी का उपयोग करके कुछ परतों वाला ग्रैफीन बनाया जा सकता है। उच्च-शक्ति सोनिकेशन थोड़े समय के उपचार में ग्रैफीन शीटों की परतों को अलग कर देता है। विलायकों का उपयोग न करने से ग्रैफीन का परत-वियोजन एक पर्यावरण-अनुकूल, टिकाऊ प्रक्रिया बन जाता है।

द्रव चरण परत-वियोजन द्वारा ग्रैफीन उत्पादन

ग्रैफीन का व्यावसायिक निर्माण तथाकथित द्रव चरण परत-वियोजन द्वारा किया जाता है। ग्रैफीन के द्रव चरण परत-वियोजन के लिए विषैले, पर्यावरण को हानि पहुँचाने वाले और महँगे विलायकों का उपयोग आवश्यक होता है, जिनका उपयोग रासायनिक पूर्व-उपचार के रूप में या यांत्रिक परिक्षेपण तकनीक के साथ संयोजन में किया जाता है। ग्रैफीन शीटों के यांत्रिक परिक्षेपण के लिए अल्ट्रासोनिकेशन पूरी तरह औद्योगिक स्तर पर बड़ी मात्रा में उच्च-गुणवत्ता वाली ग्रैफीन शीटें बनाने की अत्यंत विश्वसनीय, कुशल और सुरक्षित तकनीक के रूप में स्थापित हो चुका है। चूँकि कठोर विलायकों के उपयोग के साथ हमेशा लागत, संदूषण, उन्हें हटाने और निपटाने की जटिलता, सुरक्षा संबंधी चिंताएँ तथा पर्यावरणीय भार जुड़े होते हैं, इसलिए एक विषरहित और अधिक सुरक्षित विकल्प काफी लाभप्रद है। अतः विलायक के रूप में पानी और कुछ परतों वाली ग्रैफीन शीटों की परतों को यांत्रिक रूप से अलग करने के लिए उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का उपयोग करने वाला ग्रैफीन परत-वियोजन पर्यावरण-अनुकूल ग्रैफीन निर्माण की एक अत्यंत आशाजनक तकनीक है।
ग्रैफीन नैनोशीटों को परिक्षेपित करने के लिए द्रव चरण के रूप में अक्सर उपयोग किए जाने वाले सामान्य विलायकों में डाइमेथिल सल्फॉक्साइड (DMSO), N,N-डाइमेथिलफॉर्मामाइड (DMF), N-मेथिल-2-पाइरोलिडोन (NMP), टेट्रामेथिलयूरिया (TMU), टेट्राहाइड्रोफ्यूरान (THF), propylene carbonateacetone (PC), एथेनॉल और फॉर्मामाइड शामिल हैं।
व्यावसायिक स्तर पर ग्रैफीन के परत-वियोजन की लंबे समय से स्थापित तकनीक के रूप में, अल्ट्रासोनिकेशन कम लागत पर उच्च शुद्धता वाला उच्च-गुणवत्ता का ग्रैफीन बनाने में सक्षम बनाता है। चूँकि अल्ट्रासोनिक ग्रैफीन परत-वियोजन को किसी भी आयतन तक पूरी तरह रैखिक रूप से बढ़ाया जा सकता है, इसलिए उच्च-गुणवत्ता वाले ग्रैफीन फ्लेक्स की उत्पादन उपज को ग्रैफीन के बड़े पैमाने पर उत्पादन में आसानी से प्राप्त किया जा सकता है।

पानी में ग्रैफीन का अल्ट्रासोनिक परत-वियोजन

Tyurnina et al. (2020) ने शुद्ध पानी-ग्रेफाइट विलयनों पर आयाम और सोनिकेशन तीव्रता के प्रभावों तथा उनसे होने वाले ग्रैफीन परत-वियोजन की जाँच की। अध्ययन में उन्होंने Hielscher UP200S (200W, 24kHz) का उपयोग किया। कुछ परतों वाले ग्रैफीन की परतों को अलग करने के लिए पानी का उपयोग करते हुए अल्ट्रासोनिक परत-वियोजन को एकल-चरण प्रक्रिया के रूप में लागू किया गया। खुले बीकर वाले सोनिकेशन सेटअप में कुछ परतों वाला ग्रैफीन बनाने के लिए 2h का छोटा उपचार पर्याप्त था।

पानी में ग्रेफाइट के एक फ्लेक के ध्वनि-यांत्रिक परत-वियोजन को दर्शाने वाला फ्रेमों का उच्च-गति क्रम (a से f तक), जिसमें 3-mm सोनोट्रोड वाले 24 kHz अल्ट्रासोनिकेटर UP200s का उपयोग किया गया है। तीर विभाजन (परत-वियोजन) का स्थान दिखाते हैं, जहाँ कैविटेशन बुलबुले दरार में प्रवेश कर रहे हैं।
© Tyurnina et al., 2020

अल्ट्रासोनिक ग्रैफीन परत-वियोजन का अनुकूलन

Tyurnina et al. (2020) द्वारा उपयोग किए गए अल्ट्रासोनिक सेटअप को प्रवाह-संचालित मोड में एक बंद अल्ट्रासोनिक रिएक्टर का उपयोग करके अधिक दक्षता और तेज परत-वियोजन के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक इनलाइन उपचार से समस्त ग्रेफाइट कच्चे माल का काफी अधिक एकसमान अल्ट्रासोनिक उपचार संभव होता है: ग्रेफाइट / पानी के विलयन को सीधे अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के सीमित स्थान में पहुँचाने पर पूरे ग्रेफाइट का एकसमान सोनिकेशन होता है, जिससे उच्च-गुणवत्ता वाले ग्रैफीन फ्लेक्स की उच्च उपज मिलती है।
Hielscher Ultrasonics प्रणालियाँ आयाम, समय / ठहराव अवधि, ऊर्जा निवेश (Ws/mL), दाब और तापमान जैसे सभी महत्वपूर्ण प्रसंस्करण मापदंडों पर सटीक नियंत्रण देती हैं। इष्टतम अल्ट्रासोनिक मापदंड निर्धारित करने से उच्चतम उपज, गुणवत्ता और समग्र दक्षता प्राप्त होती है।

अल्ट्रासोनिकेशन ग्रैफीन के परत-वियोजन को कैसे बढ़ावा देता है

जब उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड तरंगों की ऊर्जा ग्रेफाइट पाउडर और पानी या किसी विलायक की स्लरी में संचारित की जाती है, तो उच्च अपरूपण, तीव्र विक्षोभ तथा दाब और तापमान में बड़े अंतरों जैसे ध्वनि-यांत्रिक बल उच्च ऊर्जा वाली परिस्थितियाँ उत्पन्न करते हैं। ये उच्च ऊर्जा वाली परिस्थितियाँ ध्वनिक कैविटेशन की परिघटना का परिणाम होती हैं।
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उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड ग्रेफाइट पाउडर का फैलाव शुरू करता है, क्योंकि द्रव उन ग्रैफीन परतों के बीच दबाव से प्रवेश करते हैं जिनसे ग्रेफाइट बना होता है। अल्ट्रासोनिक अपरूपण बल ग्रैफीन की अलग-अलग शीटों को पृथक करते हैं और उन्हें विलयन में ग्रैफीन फ्लेक्स के रूप में परिक्षेपित करते हैं। पानी में ग्रैफीन की दीर्घकालिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए एक पृष्ठसक्रिय पदार्थ आवश्यक होता है।

ग्रैफीन के परत-वियोजन के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों की स्मार्ट सुविधाएँ विश्वसनीय संचालन, पुनरुत्पादनीय परिणाम और उपयोग में आसानी सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन की गई हैं। सहज मेनू के माध्यम से संचालन सेटिंग आसानी से देखी और निर्धारित की जा सकती हैं; इस मेनू तक डिजिटल रंगीन टच-डिस्प्ले और ब्राउज़र रिमोट कंट्रोल के माध्यम से पहुँचा जा सकता है। इसलिए शुद्ध ऊर्जा, कुल ऊर्जा, आयाम, समय, दाब और तापमान जैसी सभी प्रसंस्करण स्थितियाँ अंतर्निर्मित SD-कार्ड पर अपने आप दर्ज होती हैं। इससे आप पिछले सोनिकेशन चक्रों की समीक्षा और तुलना कर सकते हैं तथा ग्रैफीन परत-वियोजन प्रक्रिया को उच्चतम दक्षता के लिए अनुकूलित कर सकते हैं।
Hielscher Ultrasonics प्रणालियों का उपयोग दुनिया भर में उच्च-गुणवत्ता वाली ग्रैफीन शीटों और ग्रैफीन ऑक्साइडों के निर्माण के लिए किया जाता है। Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर निरंतर संचालन (24/7/365) में उच्च आयामों पर आसानी से चल सकते हैं। 200µm तक के आयाम मानक सोनोट्रोडों (अल्ट्रासोनिक प्रोब / हॉर्न और Cascatrodes^TM) के साथ आसानी से लगातार उत्पन्न किए जा सकते हैं। इससे भी अधिक आयामों के लिए अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं। अपनी मजबूती और कम रखरखाव की आवश्यकता के कारण, हमारी अल्ट्रासोनिक परत-वियोजन प्रणालियाँ आम तौर पर भारी कार्यभार वाले अनुप्रयोगों और चुनौतीपूर्ण परिवेशों में स्थापित की जाती हैं।

ग्रैफीन के परत-वियोजन के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर दुनिया भर में व्यावसायिक स्तर पर पहले से ही स्थापित हैं। अपनी ग्रैफीन निर्माण प्रक्रिया पर चर्चा करने के लिए अभी हमसे संपर्क करें! हमारे अनुभवी कर्मचारी परत-वियोजन प्रक्रिया, अल्ट्रासोनिक प्रणालियों और कीमतों के बारे में अधिक जानकारी साझा करके प्रसन्न होंगे!