जल आधारित ग्राफीन एक्सफोलिएशन
अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन केवल शुद्ध पानी का उपयोग करके कठोर सॉल्वैंट्स के उपयोग के बिना कुछ-परत ग्राफीन का उत्पादन करने की अनुमति देता है। उच्च शक्ति वाले सोनीशन एक छोटे उपचार के भीतर ग्राफीन शीट को डेलामिनेट करते हैं। सॉल्वैंट्स का परिहार एक हरे, टिकाऊ प्रक्रिया में ग्राफीन एक्सफोलिएशन बदल जाता है।
लिक्विड फेज एक्सफोलिएशन के माध्यम से ग्राफीन उत्पादन
ग्राफीन व्यावसायिक रूप से तथाकथित तरल चरण छूटना के माध्यम से निर्मित है। ग्राफीन के तरल चरण छूटना विषाक्त, पर्यावरण की दृष्टि से हानिकारक, और महंगी सॉल्वैंट्स के उपयोग की आवश्यकता है, जिसका उपयोग रासायनिक पूर्व-उपचार के रूप में या यांत्रिक फैलाव तकनीक के संयोजन में किया जाता है। ग्राफीन शीट्स के यांत्रिक फैलाव के लिए, अल्ट्रासोनिकेशन को पूरी तरह से औद्योगिक स्तर पर बड़ी मात्रा में उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन शीट का उत्पादन करने के लिए अत्यधिक विश्वसनीय, कुशल और सुरक्षित तकनीक के रूप में स्थापित किया गया है। चूंकि कठोर सॉल्वैंट्स का उपयोग हमेशा लागत, संदूषण, जटिल हटाने और निपटान, सुरक्षा चिंताओं के साथ-साथ पर्यावरणीय बोझ के साथ होता है, इसलिए एक गैर-विषाक्त और सुरक्षित विकल्प काफी लाभप्रद है। ग्राफीन एक्सफोलिएशन कुछ परत ग्राफीन शीट के यांत्रिक डेलामिनेशन के लिए सॉल्वेंट और पावर अल्ट्रासाउंड के रूप में पानी का उपयोग करना इसलिए हरे ग्राफीन विनिर्माण के लिए एक अत्यधिक आशाजनक तकनीक है।
आम सॉल्वैंट्स, जो अक्सर ग्राफीन नैनोशीट को फैलाने के लिए तरल चरण के रूप में उपयोग किए जाते हैं, में डिमिथाइल सल्फोक्साइड (डीएमएसओ), एन-डाइमिथाइलफार्मेमाइड (डीएमएफ), एन-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (एनएमपी), टेट्रामेथिलुरिया (टीएमयू), टेट्राहाइड्रोफ्यूरन (टीएचएफ), प्रोपेलीन कार्बोनेटेटोन (पीसी), इथेनॉल और फॉर्ममाइड शामिल हैं।
वाणिज्यिक पैमाने पर ग्राफीन एक्सफोलिएशन के लिए पहले से ही दीर्घकालिक स्थापित तकनीक के रूप में, अल्ट्रासोनिकेशन कम लागत पर उच्च शुद्धता की उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन का उत्पादन करने में सक्षम बनाता है। चूंकि अल्ट्रासोनिक ग्राफीन एक्सफोलिएशन को पूरी तरह से किसी भी मात्रा में रैखिक किया जा सकता है, इसलिए ग्राफीन के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन गुच्छे की उत्पादन उपज को आसानी से लागू किया जा सकता है।
द UIP2000hdT ग्राफीन एक्सफोलिएशन और फैलाव के लिए 2kW शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक स्पितर है।
पानी में ग्राफीन का अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन
Tyurnina एट अल ( 2020) शुद्ध पानी ग्रेफाइट समाधान और जिसके परिणामस्वरूप ग्राफीन छूटना पर आयाम और सोनीशन तीव्रता के प्रभाव की जांच की। अध्ययन में, वे एक Hielscher इस्तेमाल किया UP200S (200W, 24kHz). पानी का उपयोग कर अल्ट्रासोनिक छूटना कुछ परत ग्राफीन डेलामिनेशन के लिए एक कदम प्रक्रिया के रूप में लागू किया गया था। 2h का एक छोटा उपचार एक खुले बीकर सोनीशन सेटअप में कुछ परत ग्राफीन का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त था।
UP200s का उपयोग करके पानी में ग्रेफाइट फ्लेक के सोनो-मैकेनिकल एक्सफोलिएशन को दर्शाते हुए फ्रेम का एक उच्च गति अनुक्रम (एक से एफ तक), 3-मिमी सोनोट्रोड के साथ 24 किलोहर्ट्ज अल्ट्रासोनिकेटर। तीर विभाजन को भेदने वाले कैविटेशन बुलबुले के साथ बंटवारे (एक्सफोलिएशन) की जगह दिखाते हैं।
© Tyurnina एट अल 2020 (सीसी बाय-एनसी-एनडी 4.0)
अल्ट्रासोनिक ग्राफीन एक्सफोलिएशन का अनुकूलन
Tyurnina एट अल (2020) द्वारा उपयोग किए जाने वाले अल्ट्रासोनिक सेटअप को प्रवाह-थ्रिव मोड में बंद अल्ट्रासोनिक रिएक्टर का उपयोग करके अधिक दक्षता और तेज छूट के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक इनलाइन उपचार सभी ग्रेफाइट कच्चे माल के काफी अधिक समान अल्ट्रासोनिक उपचार के लिए अनुमति देता है: ग्रेफाइट/पानी के समाधान को सीधे अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के सीमित स्थान में खिलाना, सभी ग्रेफाइट समान रूप से ध्वनिकृत हो जाते हैं जिसके परिणामस्वरूप उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन गुच्छे की उच्च उपज होती है।
Hielscher Ultrasonics सिस्टम आयाम, समय/प्रतिधारण, ऊर्जा इनपुट (Ws/mL), दबाव, और तापमान के रूप में सभी महत्वपूर्ण प्रसंस्करण मापदंडों पर सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति देते हैं । इष्टतम अल्ट्रासोनिक मापदंडों की स्थापना के परिणामस्वरूप उच्चतम उपज, गुणवत्ता और समग्र दक्षता होती है।
अल्ट्रासोनिकेशन ग्राफीन एक्सफोलिएशन को कैसे बढ़ावा देता है
जब उच्च शक्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों को ग्रेफाइट पाउडर और पानी या किसी भी विलायक के घोल में युग्मित किया जाता है, तो उच्च कतरनी, तीव्र अशांति और उच्च दबाव और तापमान अंतर जैसे सोनोमेचनिक ताकतें ऊर्जा-तीव्र स्थितियां पैदा करती हैं। ये ऊर्जा-तीव्र स्थितियां ध्वनिक कैविटेशन की घटना का परिणाम हैं। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के बारे में और अधिक पढ़ें यहां!
पावर अल्ट्रासाउंड ग्रेफाइट पाउडर के विस्तार को शुरू करता है, क्योंकि तरल पदार्थ ग्राफीन परतों के बीच दबाए जाते हैं, जिनमें से ग्रेफाइट बना होता है। अल्ट्रासोनिक कतरनी बलों ग्राफीन की एकल चादरें डेलामिनेट और समाधान में ग्राफीन गुच्छे के रूप में उन्हें तितर-बितर। पानी में ग्राफीन की दीर्घकालिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए, एक सर्फेक्टेंट की आवश्यकता होती है।
ग्राफीन एक्सफोलिएशन के अल्ट्रासोनिक लिक्विड फेज एक्सफोलिएशन का मेचनिज्म।
अध्ययन और Tyurnina एट अल द्वारा चित्र.
ग्राफीन एक्सफोलिएशन के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर की स्मार्ट विशेषताओं को विश्वसनीय संचालन, प्रजनन योग्य परिणामों और उपयोगकर्ता-मित्रता की गारंटी देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ऑपरेशनल सेटिंग्स को सहज मेनू के माध्यम से आसानी से एक्सेस और डायल किया जा सकता है, जिसे डिजिटल कलर टच-डिस्प्ले और ब्राउज़र रिमोट कंट्रोल के माध्यम से एक्सेस किया जा सकता है। इसलिए, शुद्ध ऊर्जा, कुल ऊर्जा, आयाम, समय, दबाव और तापमान जैसी सभी प्रसंस्करण स्थितियां स्वचालित रूप से निर्मित एसडी-कार्ड पर दर्ज की जाती हैं। यह आपको पिछले सोनीशन रन को संशोधित और तुलना करने और ग्राफीन एक्सफोलिएशन प्रक्रिया को उच्चतम दक्षता में अनुकूलित करने की अनुमति देता है।
उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन शीट और ग्राफीन ऑक्साइड के निर्माण के लिए दुनिया भर में हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स सिस्टम का उपयोग किया जाता है। Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर आसानी से निरंतर आपरेशन (24/7/365) में उच्च आयाम चला सकते हैं । 200μm तक के आयामों को मानक सोनोटोड (अल्ट्रासोनिक जांच/ कैस्केटरोडीसटीएम). यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोटरोड उपलब्ध हैं। उनकी मजबूती और कम रखरखाव के कारण, हमारे अल्ट्रासोनिक एक्सफोलिएशन सिस्टम आमतौर पर भारी शुल्क अनुप्रयोगों और मांग वाले वातावरण में स्थापित होते हैं।
ग्राफीन एक्सफोलिएशन के लिए हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर पहले से ही वाणिज्यिक पैमाने पर दुनिया भर में स्थापित किए गए हैं। अपने ग्राफीन विनिर्माण प्रक्रिया पर चर्चा करने के लिए अब हमसे संपर्क करें! हमारे अच्छी तरह से अनुभवी कर्मचारियों को छूटना प्रक्रिया, अल्ट्रासोनिक सिस्टम और मूल्य निर्धारण के बारे में अधिक जानकारी साझा करने के लिए खुशी होगी!
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह की दर | अनुशंसित उपकरणों |
|---|---|---|
| 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 |
हमसे संपर्क करें! / हमसे पूछें!
Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक समरूपता का निर्माण करता है ।
साहित्य/संदर्भ
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
जानने के योग्य तथ्य
ग्राफीन
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।
ग्रैफेन कार्बन की एक परमाणु-मोटी परत है, जिसे एक एकल परत या 2 डी संरचना के रूप में वर्णित किया जा सकता है (एकल परत graphene = एसएलजी)। ग्रैफेन में असाधारण रूप से बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र और बेहतर यांत्रिक गुण (1 टीपीए का युवा मॉड्यूलस और 130 जीपीए की आंतरिक शक्ति) है, जो महान इलेक्ट्रॉनिक और थर्मल चालकता, चार्ज कैरियर गतिशीलता, पारदर्शिता प्रदान करता है, और गैसों के लिए अभेद्य है। इन भौतिक विशेषताओं के कारण, ग्रैफेन का उपयोग कंपोजिट्स को अपनी ताकत, चालकता इत्यादि देने के लिए मिश्रित करने के लिए किया जाता है। अन्य सामग्री के साथ गैफेन की विशेषताओं को गठबंधन करने के लिए, ग्रैफेन को यौगिक में फैलाया जाना चाहिए या पतली फिल्म कोटिंग के रूप में लागू किया जाना चाहिए एक सब्सट्रेट पर।
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 ।