पानी आधारित ग्राफीन छूटना
अल्ट्रासोनिक छूटना केवल शुद्ध पानी का उपयोग करके कठोर सॉल्वैंट्स के उपयोग के बिना कुछ-परत ग्राफीन का उत्पादन करने की अनुमति देता है। उच्च शक्ति sonication एक छोटे उपचार के भीतर ग्राफीन शीट delaminates। सॉल्वैंट्स से बचाव एक हरे, टिकाऊ प्रक्रिया में ग्राफीन छूटना बदल देता है।
तरल चरण छूटना 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 महंगे सॉल्वैंट्स के उपयोग की आवश्यकता होती है, जिसका उपयोग रासायनिक पूर्व-उपचार के रूप में या यांत्रिक फैलाव तकनीक के संयोजन में किया जाता है। ग्राफीन शीट 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 विषैले और सुरक्षित विकल्प काफी फायदेमंद होता है। कुछ परत ग्राफीन शीट्स के यांत्रिक प्रदूषण के लिए विलायक और पावर अल्ट्रासाउंड के रूप में पानी का उपयोग करके ग्राफीन छूटना इसलिए हरे रंग की ग्राफीन निर्माण के लिए एक अत्यधिक आशाजनक तकनीक है।
आम सॉल्वैंट्स, जिन्हें अक्सर ग्राफीन नैनोशीट्स को फैलाने के लिए तरल चरण के रूप में उपयोग किया जाता है, में डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड (डीएमएसओ), एन, एन-डाइमिथाइलफॉर्ममाइड (डीएमएफ), एन-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (एनएमपी), टेट्रामेथिलुरिया (टीएमयू), टेट्राहाइड्रोफ्यूरन (टीएचएफ), प्रोपलीन कार्बोनेटेसिटोन (पीसी), इथेनॉल, और फॉर्मामाइड।
वाणिज्यिक पैमाने पर ग्राफीन छूटना के लिए पहले से ही दीर्घकालिक स्थापित तकनीक के रूप में, अल्ट्रासोनिकेशन कम लागत पर उच्च शुद्धता के उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन का उत्पादन करने में सक्षम बनाता है। चूंकि अल्ट्रासोनिक ग्राफीन छूटना किसी भी मात्रा में पूरी तरह से रैखिक हो सकता है, इसलिए ग्राफीन के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन फ्लेक्स की उत्पादन उपज आसानी से लागू की जा सकती है।
UIP2000hdT एक 2kW शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक disperser है ग्राफीन छूटना और फैलाव के लिए।
पानी में ग्राफीन का अल्ट्रासोनिक छूटना
Tyurnina et al. (2020) ने शुद्ध जल-ग्रेफाइट समाधानों पर आयाम और सोनिकेशन तीव्रता के प्रभावों और परिणामी ग्राफीन छूटना की जांच की। अध्ययन में, उन्होंने एक Hielscher UP200S (200W, 24kHz) का इस्तेमाल किया। पानी का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक छूटना कुछ परत ग्राफीन प्रदूषण के लिए एकल चरण 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।
पानी में ग्रेफाइट परत के सोनो-मैकेनिकल एक्सफोलिएशन को दर्शाने वाले फ्रेम का एक उच्च गति अनुक्रम (ए से एफ तक) UP200s का उपयोग करके, 3-mm सोनोट्रोड के साथ 24 kHz अल्ट्रासोनिकेटर है। तीर विभाजन (छूटना) की जगह दिखाते हैं, जिसमें विभाजन में प्रवेश करने वाले गुहिकायन बुलबुले होते हैं।
© ट्यूरनिना एट अल., 2020
अल्ट्रासोनिक ग्राफीन छूटना का अनुकूलन
Tyurnina et al. (2020) द्वारा उपयोग किए जाने वाले अल्ट्रासोनिक सेटअप को फ्लो-थ्रू मोड में एक बंद अल्ट्रासोनिक रिएक्टर का उपयोग करके अधिक दक्षता और तेजी से छूटना के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक इनलाइन उपचार सभी ग्रेफाइट कच्चे माल के काफी अधिक समान अल्ट्रासोनिक उपचार की अनुमति देता है: ग्रेफाइट / पानी के समाधान को सीधे अल्ट्रासोनिक गुहिकायन के सीमित स्थान में खिलाना, सभी ग्रेफाइट समान रूप से सोनिकेटेड हो जाते हैं जिसके परिणामस्वरूप उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन फ्लेक्स की उच्च उपज होती है।
Hielscher Ultrasonics सिस्टम आयाम, समय / प्रतिधारण, ऊर्जा इनपुट (Ws/mL), दबाव और तापमान जैसे सभी महत्वपूर्ण प्रसंस्करण मापदंडों पर सटीक नियंत्रण की अनुमति देते हैं। इष्टतम अल्ट्रासोनिक मापदंडों को सेट करने से उच्चतम उपज, गुणवत्ता और समग्र दक्षता होती है।
अल्ट्रासोनिकेशन ग्राफीन छूटना को कैसे बढ़ावा देता है
जब उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड तरंगों को ग्रेफाइट पाउडर और पानी या किसी भी विलायक के घोल में जोड़ा जाता है, तो उच्च-कतरनी, तीव्र अशांति और उच्च दबाव और तापमान अंतर जैसे सोनोमैकेनिकल बल ऊर्जा-गहन स्थिति पैदा करते हैं। ये ऊर्जा-गहन स्थितियां ध्वनिक गुहिकायन की घटना का परिणाम हैं।
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पावर अल्ट्रासाउंड ग्रेफाइट पाउडर के विस्तार की शुरुआत करता है, क्योंकि तरल पदार्थ को ग्राफीन परतों के बीच दबाया जाता है, जिसमें से ग्रेफाइट की रचना होती है। अल्ट्रासोनिक कतरनी बल ग्राफीन की एकल शीट को डीलैमिनेट करते हैं और उन्हें समाधान में ग्राफीन फ्लेक्स के रूप में फैलाते हैं। पानी में ग्राफीन की दीर्घकालिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए, एक सर्फेक्टेंट की आवश्यकता होती है।
अल्ट्रासोनिक तरल चरण ग्राफीन छूटना के छूटना के mechnism।
ट्यूरनिना एट अल द्वारा अध्ययन और चित्र, 2021।
ग्राफीन छूटना के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर की स्मार्ट सुविधाओं को विश्वसनीय संचालन, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम और उपयोगकर्ता-मित्रता की गारंटी देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। परिचालन 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 एक अंतर्निहित एसडी-कार्ड पर दर्ज की जाती हैं। यह आपको पिछले सोनीशन रन को संशोधित करने और तुलना करने और ग्राफीन एक्सफोलिएशन प्रक्रिया को उच्चतम दक्षता तक अनुकूलित करने की अनुमति देता है।
Hielscher Ultrasonics सिस्टम उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफीन शीट और ग्राफीन ऑक्साइड के निर्माण के लिए दुनिया भर में उपयोग किया जाता है। Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर निरंतर संचालन (24/7/365) में आसानी से उच्च आयाम चला सकते हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से मानक sonotrodes (अल्ट्रासोनिक जांच / सींग और कैस्काट्रोड्सटीएम). यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes 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 छूटना के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर पहले से ही वाणिज्यिक पैमाने पर दुनिया भर में स्थापित कर रहे हैं। अपनी ग्राफीन निर्माण प्रक्रिया पर चर्चा करने के लिए अब हमसे संपर्क करें! हमारे अच्छी तरह से अनुभवी कर्मचारी छूटना प्रक्रिया, अल्ट्रासोनिक सिस्टम और मूल्य निर्धारण के बारे में अधिक जानकारी साझा करने में प्रसन्न होंगे!
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| बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/मिनट | यूपी100एच |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
| 10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | यूआईपी4000एचडीटी |
| एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण के मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है।
साहित्य/सन्दर्भ
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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 क्या है?
ग्राफीन एसपी का एक मोनोलेयर है2-बंधुआ कार्बन परमाणु। ग्राफीन अद्वितीय सामग्री विशेषताओं जैसे कि एक असाधारण बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र (2620 मीटर) प्रदान करता है2ग्राम-1), 1 टीपीए के यंग के मापांक और 130 जीपीए की आंतरिक ताकत के साथ बेहतर यांत्रिक गुण, एक अत्यंत उच्च इलेक्ट्रॉनिक चालकता (2.5 × 105 सेमी की कमरे के तापमान इलेक्ट्रॉन गतिशीलता)2 बहुत-1दक्षिणी-1), बहुत उच्च तापीय चालकता (3000 Wm K से ऊपर-1), सबसे महत्वपूर्ण गुणों को नाम देने के लिए। इसकी बेहतर सामग्री गुणों के कारण, ग्राफीन का उपयोग उच्च प्रदर्शन बैटरी, ईंधन कोशिकाओं, सौर कोशिकाओं, सुपरकैपेसिटर, हाइड्रोजन भंडारण, विद्युत चुम्बकीय ढाल और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास और उत्पादन में किया जाता है। इसके अलावा, ग्राफीन को कई नैनोकंपोजिट और मिश्रित सामग्रियों में शामिल किया जाता है, जैसे कि पॉलिमर, सिरेमिक और धातु मैट्रिसेस में। इसकी उच्च चालकता के कारण, ग्राफीन प्रवाहकीय पेंट और स्याही का एक महत्वपूर्ण घटक है।
कम लागत पर बड़ी मात्रा में दोष-मुक्त ग्राफीन की तेजी से और सुरक्षित अल्ट्रासोनिक तैयारी ग्राफीन के अनुप्रयोगों को अधिक से अधिक उद्योगों तक बढ़ाने की अनुमति देती है।
ग्राफीन कार्बन की एक-परमाणु-मोटी परत है, जिसे ग्राफीन की एकल-परत या 2 डी संरचना (एकल परत ग्राफीन = एसएलजी) के रूप में वर्णित किया जा सकता है। ग्राफीन में एक असाधारण रूप से बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र और बेहतर यांत्रिक गुण (यंग का 1 टीपीए का मापांक और 130 जीपीए की आंतरिक ताकत) है, जो महान इलेक्ट्रॉनिक और तापीय चालकता, चार्ज वाहक गतिशीलता, पारदर्शिता प्रदान करता है, और गैसों के लिए अभेद्य है। इन भौतिक विशेषताओं के कारण, ग्राफीन का उपयोग कंपोजिट को अपनी ताकत, चालकता आदि देने के लिए योजक को मजबूत करने के रूप में किया जाता है। अन्य सामग्रियों के साथ ग्राफीन की विशेषताओं को संयोजित करने के लिए, ग्राफीन को यौगिक में फैलाया जाना चाहिए या सब्सट्रेट पर पतली-फिल्म कोटिंग के रूप में लागू किया जाना चाहिए।
उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक्स! Hielscher की उत्पाद श्रृंखला पूर्ण औद्योगिक अल्ट्रासोनिक सिस्टम के लिए बेंच-टॉप इकाइयों पर कॉम्पैक्ट लैब अल्ट्रासोनिकेटर से पूर्ण स्पेक्ट्रम को कवर करती है।