Ultrazvučna eksfolijacija dispergiranog grafena u vodi
- Mono- i dvoslojne grafena nanosheets može proizvesti vrlo brzo preko ultrazvučnog pilinga s visoke propusnosti i po niskoj cijeni.
- Ultrazvučno piling grafen može biti aktiviran sa biopolimera kako bi se dobila u vodi koji se mogu dispergirati grafena.
- Po ultrazvučne kavitacije je sintetiziran grafen može dalje obrađivati u stabilnu disperziju na bazi vode.
Ultrazvučno Piling od visoko kvalitetnog grafena
Ultrasonikacije je pouzdan postupak za proizvodnju slojeva grafena (mono-, bi- i nekoliko sloja grafena) od grafita pahuljice ili čestice. Dok su ostali uobičajeni exfoliation tehnike kao što loptasti i valjaka mlinova ili visoko-turažnim mikserima vezan na niske kvalitete i korištenje agresivni reagensa i otapala je ultrazvučni postupak piling uvjerava od svoje visoke kvalitete proizvodnje, visoke proces kapacitet i blagim uvjetima obrade.
Ultrazvučna kavitacija stvara intenzivne sile smicanja, koje odvajaju složene grafitne slojeve u-, bi- i nekoliko slojeva grafena bez nedostataka.
Grafenski listovi koji se mogu raspršiti u vodi putem ultrazvukom
Ultrasonication je učinkovit postupak s ponovljivim rezultatima za raspetljavanje carbonnanocjevčice u vodi ili organskim otapalima. [/caption] U normalnim uvjetima grafen se teško raspršuje u vodi i tvori agregate i aglomeracije kada se raspršuje u vodenom mediju. Budući da vodeni sustavi imaju značajne prednosti što su jeftini, netoksični, ekološki prihvatljivi, grafenski sustavi na bazi vode vrlo su privlačni proizvođačima grafena i industriji na kraju proizvodnog lanca.
Da bi se dobio vodeni dispergirati grafena nanosheets je ultrazvučno piling grafen modificiran polisaharida / biopolimera, kao što su pulan, kitozana, alginata, želatina ili guma arabika.
- visoka kvaliteta grafen
- Visok prinos
- disperzije na bazi vode
- visoka koncentracija
- visoka efikasnost
- brz proces
- niska cijena
- Visoka propusnost
- ekološki prihvatljivo
Ultrazvučni reaktor s sonda tipa ultrasonicators za industrijske razmjere grafen piling
Protokol izravnog pilinga grafita pomoću ultrazvuka
Neionski pullulan i anionski alginat (1,0 g) odvojeno su otopljeni u 20 ml destilirane vode, dok je kationski kitozan (0,4 g) otopljen u 20 ml destilirane vode s 1 wt% octenom kiselinom. Grafitni prah je raspršen u vodenim biopolimernim otopinama i tretiran pomoću sonde tipa ultrasonicator UP200S (maksimalna snaga 200 W, frekvencija 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Njemačka) opremljen titan sonotrode (mikro vrh S3, promjer vrha 3 mm, maksimalna amplituda 210μm, gustoća akustične snage ili intenzitet površine 460 W cm-2) u sljedećim uvjetima: 0,5 ciklusa i 50% amplitude, za razdoblje od 10, 20, 30 i 60 min. Najbolji rezultati dobiveni su ultrazvukom od 30min. Sonikacija je primijenjena pri snazi od 16,25 W tijekom 30 minuta, s potrošnjom energije (izlazna energija po jedinici volumena) od 731 Ws ml-1.
Nakon toga, smjese su centrifugirane na 1500 o / min tijekom 60 minuta kako bi se uklonile neoljuštene čestice grafita, a zatim oprale 5 puta i ponovno centrifugirale na 5000 o / min tijekom 20 minuta kako bi se uklonio višak biopolimera. Rezultirajuće tamnosive otopine vakuumski su osušene na 40ºC sve dok nije došlo do gubitka mase. Dobiveni polimer-grafenski prah redisperzirani su u vodi (1 mg ml-1 za pullulan i kitozan; 0,18 mg ml-1 za alginat) za karakterizaciju. Grafen listovi dobiveni pullulan-, alginate-, i kitozan-potpomognuta ultrazvukom su naznačeni kao pull-G, alg-G, i chit-G, respektivno.
Od tri sustava, sredstvo za širenje kitozanom bili učinkovitiji u piling grafita od alginata. Ta metoda se dobije odljuštenih mono-, bi-, i nekoliko slojeva-grafena proizvodu samo s niskim bočnim (rubova) grešaka. Adsorpcija biopolimera na površini grafena daje dugotrajni stabilnost (dulje od 6 mjeseci) vodene disperzije.
(usp. Unalan i sur.
Sekvenca velike brzine (od a do f) okvira koji ilustriraju sono-mehanički piling grafitne pahuljice u vodi koristeći UP200S, ultrasonicator od 200W s 3-mm sonotrode. Strelice pokazuju mjesto cijepanja (pilinga) s kavitacijskim mjehurićima koji prodiru u rascjep.
(studija i slike: © Tyurnina i sur.
TEM slike povlačenje G za: (a) 10 minuta; (B) 20 min; (C) od 30 minuta; (D) 60 min; (E) karakteristika-G tijekom 30 minuta; (F) ALG-G 30 minuta. (Unalan et al. 2015)
Ultrasonicators za piling grafena
Hielscher ultrazvučni procesori velike snage koriste se širom svijeta za uspješan piling i disperziju grafita i grafena. Naši ultrazvučni raspršivači dostupni su od laboratorija i klupe do punih industrijskih proizvodnih jedinica. Osim robusnosti, 24/7 rada i niskog održavanja, Hielscher ultrasonicators uvjeravaju visokom lakoćom obrade i linearnom skalabilnošću.
Procesi mogu se lako testirati i optimizirani u laboratoriju. Nakon toga, svi rezultati proces može biti umanjena u potpunosti linearna do komercijalnoj razini proizvodnje. To čini ultrazvukom djelotvoran i učinkovit postupak za proizvodnju velikog broja kvalitetnih grafen listova.
Hielscher Ultrasonics industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano izvoditi u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Odgovarajući ultrazvučni reaktori osiguravaju sposobnost pouzdane i sigurne masovne proizvodnje visokokvalitetnih grafenskih nanosheeta, kao i stabilne disperzije nanosheeta.
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava rad 24 sata dnevno i 7 dana u teškim uvjetima iu zahtjevnim okruženjima.
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l / min | UIP4000 |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Mehanizam ultrazvučnog pilinga 2D nanosheets.
(studija i grafika: Tyurnina i sur., 2020)
Činjenice koje vrijedi znati
Grafen
Grafen je monosloj sp2-bonded atoma ugljika. Grafen nudi jedinstvene osobine materijala kao što su izvanredno velike specifične površine (2620 m2g-1), Potrebne mehanička svojstva s Youngov modul od 1 tPA i unutarnju čvrstoću 130 GPa, ekstremno visoke vodljivosti elektronski (HEMT sobna temperature od 2,5 × 105 cm2 V-1a-1), Vrlo visoka toplinska vodljivost (iznad 3000 K W m-1), U ime najvažnije osobine. Zbog svojih superiornih svojstava materijala, grafen često koristi u razvoju i proizvodnji visoke baterija performansi, gorivih ćelija, solarnih ćelija, supercapacitor, vodikovih spremišta, elektromagnetskih štitova i elektroničkih uređaja. Nadalje, grafen je uključena u mnoge nanokompozite i kompozitnih materijala, kao dodatak za pojačanje, na primjer u polimerima, keramika i matrice metala. Zbog svoje visoke vodljivosti, grafen je važna komponenta vodljivih boja i tinte.
Brz i siguran ultrazvučni priprava bez mana grafena u velikim količinama na niskim troškovima omogućuje proširenje primjene grafena da sve više i više industrije.
Literatura / Reference
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- 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.
- 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.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi Laboratorija do industrijske veličine.