Hielscher ultrazvučna tehnologija

Ultrazvučni Grafen Priprava

Grafen

Grafit se sastoji od dvije ploče od dimenzija sp2 hibridizirani,-hexagonally raspoređenih atoma ugljika - the grafen - koji se redovito stog. atom tanki listovi u grafenu, koja tvori grafita koje nisu lijepljenje interakcije odlikuju ekstremno veće površine. Grafen pokazuje izvanrednu snagu i čvrstoću uz njegove bazalne razine koja doseže sa cca. 1020 GPa gotovo vrijednost snaga dijamanta.
Grafen je osnovni strukturni element nekih allotropes uključujući, osim grafita, također ugljikovih nanocjevčica i fullerena. Upotrijebljen kao aditiva, može značajno povećati grafen električne, fizikalna, mehanička i pregradna svojstva polimernih kompozita na ekstremno niskim opterećenja. (Xu, Suslick 2011)
Svojim svojstvima, grafen je materijal superlativa i tako obećava za industrije koje proizvode kompozite, prevlake ili mikroelektroniku. Geim (2009) opisuje grafen kao supermaterial sažeto u sljedećem odlomku:
"To je najslabiji materijal u svemiru i najjači ikada izmjeren. Njegovi nosači naboja pokazuju divnu intrinzičnu pokretljivost, imaju najmanju djelotvornu masu (to je nula) i mogu putovati mikrometarske udaljenosti bez raspršivanja na sobnoj temperaturi. Grafen može održati gustoću struje 6 naracija veće od bakra, pokazuje toplinsku provodljivost i ukočenost, nepropusno je za plinove i pomiruje se s takvim suprotstavljenim svojstvima poput krhkosti i duktilnosti. Elektronički transport u grafenu opisan je pomoću Dirac-slične jednadžbe koja omogućuje ispitivanje relativističkih kvantnih fenomena u pokusu na vrhu klupa. "
Zbog karakteristika ove izvrsne materijal je, grafen je jedan od najperspektivnijih materijala i stoji u fokusu nanomaterial istraživanja.

Graphene consists in carbon atoms which are arranged in a regular hexagonal pattern. i

Zbog svoje izuzetne čvrstoće materijala i čvrstoće, grafen je najizgledniji materijala u nano znanosti. © 2010AlexanderAIUS creativecommons

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Ultrazvuk velike snage

Kada ultrazvučno čuva tekućine pri visokim intenzitetima, zvučni valovi koji se šire u tekući medij rezultiraju izmjeničnim ciklusima visokotlačnog (komprimiranog) i niskotlačnog (rijedak) ciklusa, s stopama ovisno o učestalosti. Tijekom niskotlačnog ciklusa, visokotlačni ultrazvučni valovi stvaraju male mjehuriće vakuuma ili praznine u tekućini. Kada mjehurići dosegnu volumen na kojem više ne apsorbiraju energiju, oni se snažno sruše tijekom visokotlačnog ciklusa. Taj fenomen naziva se kavitacija. Tijekom implozije dolazi do vrlo visokih temperatura (približno 5.000K) i tlaka (oko 2.000m) lokalno. Implozija kavitacija mjehurić također rezultira u tekućim mlazove do 280m / s brzina. (Suslick 1998) ultrazvučno generiran kavitacija uzrokuje kemijska i fizikalna efekte, koji se mogu primijeniti u postupcima.
Kavitacije inducirana ultrazvučna kemija pruža jedinstvenu interakciju između energije i materije, s vrućim točkama unutar mjehurića od ~ 5000 K, pritisci ~ 1000 bar, grijanje i hlađenje stope >1010K s-1; ovi izvanredni uvjeti dopuštaju pristup nizu kemijske reakcije prostora obično nije dostupan, što omogućuje sintezu raznih neobičnih nanostrukturirani materijala. (Bang 2010)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

Ultrazvučne kavitacije u tekućini

Priprava ultrazvučni grafena

Budući da su izvanredne karakteristike grafita poznate, razvijene su nekoliko metoda za njegovu pripremu. Osim kemijske proizvodnje grafena iz grafenskog oksida u višestupanjskim postupcima, za koje su potrebni vrlo jaki oksidacijski i redukcijski agensi. Dodatno, grafen pripremljen u ovim otežanim kemijskim uvjetima često sadrži veliku količinu manjka čak i nakon redukcije u usporedbi s grafenima dobivenim iz drugih metoda. Međutim, ultrazvuk je dokazana alternativa za proizvodnju grafena visoke kvalitete, također u velikim količinama. Istraživači su razvili malo drugačije načine pomoću ultrazvuka, ali općenito je grafena proizvodnja jednostavni proces u jednom koraku.
Da bi se dobio primjer određeni put proizvodnje grafen: Grafit se dodaje smjesi razrijeđene organske kiseline, alkohola i vode, a potom je smjesa izložena ultrazvučnim zračenjem. Kiselina djeluje kao “molekularni klin” koji odvaja listova grafena od matične grafita. Do ovog jednostavan proces, velika količina neoštećenom, visoke kvalitete grafena raspršene u vodi se stvara. (Na et al. 2010)

Hielscher covers the full range from compact lab ultrasonicators to bench-top size and full commercial production size systems.

Snažan i pouzdan ultrazvučna oprema za razne načine, kao što je homogenizacija, ekstrakcija, nano obrade materijala ili ultrazvučna kemija.

Grafen Izravna Piling

Ultrazvuk omogućuje dobivanje graphenes u organskim otapalima, površinski aktivne tvari / vodene otopine, ili ionske tekućine. To znači da je upotreba snažnog oksidacijom ili redukcijom sredstava mogu se izbjeći. Stankovich i sur. (2007) u produkciji grafena po piling pod ultrazvukom.
AFM Slike grafena oksida odljuštenih pomoću ultrazvučne obrade pri koncentraciji od 1 mg / ml u vodi uvijek pokazala prisutnost listova jednolike debljine (~ 1 nm, primjer je prikazan na slici 1, dolje.). Ti dobro odljuštenih uzorci grafena oksida sadržana nema listova ili deblji ili tanji od 1 nM, što dovodi do zaključka da je kompletan piling grafena oksida na pojedinačne grafen oksida listova doista postignut u tim uvjetima. (Stankovich et al. 2007)

Hielscher's High Power Ultrasound Devices are the ideal tool to prepare graphene - both in lab scale as well as in full commercial process streams

Slika 1:. AFM slika odljuštenih GO listova s ​​tri profila visine stečenih u različitim mjestima (Stankovich sur., 2007)

Priprema grafena tablice

Štengl et al. pokazali uspješno dobivanje čistih grafen listova u velikim količinama za vrijeme proizvodnje nestehiometrijski TiO2 grafena nanocomposit toplinskim hidrolizom suspenzije grafen nanosheets i titanijeva perokso kompleksa. Čiste grafena nanosheets su proizvedeni iz prirodnog grafita pomoću kavitacije visok intenzitet polja generira Hielscher u ultrazvučnom procesor UIP1000hd u visokotlačnom ultrazvučnom reaktoru pri 5 bara. U grafena listovi dobiveni, s visokim specifične površine i jedinstvenih elektronskih svojstava, može se koristiti kao dobru podršku za TiO2 kako bi se poboljšala fotokatalitički aktivnosti. Studija je pokazala da tvrdi da je kvaliteta ultrazvučno pripremio grafena je mnogo veća od grafena dobivene Hummer metodom, gdje se odljuštenih i oksidiranog grafit. Kao fizikalni uvjeti u ultrazvučnom reaktoru može se precizno kontrolirati i pod pretpostavkom da je koncentracija za dopiranje grafena kao će varirati u rasponu od 1 – 0.001%, proizvodnja grafena u kontinuiranom sustavu za komercijalnoj razini je moguće.

Pripravak prema ultrazvučnog tretmana grafena oksida

O sur. (2010) su pokazali pomoću ultrazvučnih načinu pripreme ozračivanje za proizvodnju grafena oksid (GO) slojeva. Stoga su suspendirane dvadeset pet miligrama grafen oksida u prahu u 200 ml deionizirane vode. Miješanjem su dobiveni nehomogeno smeđu suspenziju. Rezultirajuće suspenzije su sonificirane (30 min, 1,3 × 105J), te je nakon sušenja (na 373 K) da ultrazvučno obrađen grafen oksid proizveden. FTIR spektroskopija je pokazala da ultrazvučni tretman nije promijenio funkcionalne skupine grafena oksida.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

Sl. 2: SEM slika grafen nanosheets dobivenih ultrazvukom (Oh et al 2010.)

Funkciju grafena listova

Xu i Suslick (2011) opisuje postupak prikladan u jednom koraku za pripravu polistiren funkcionaliziran grafita. U svojoj studiji koristili su grafitne pahuljice i stirena kao osnovne sirovine. Obrađivanjem grafitne pahuljice u stirena (reaktivnog monomera), ultrazvuk ozračivanje rezultirao mehano piling grafitnih pahuljica u jednom sloju i nekoliko-layer grafen listova. Istovremeno, u funkciju od grafen listova s ​​polistirena lanaca je postignut.
Isti proces funkcionalizirati može se provesti s drugim vinilnih monomera za kompozita na bazi grafena.

Priprava Nanoribbons

Istraživačka skupina Hongjie Dai i njegovi kolege sa Sveučilišta Stanford pronašli su tehniku ​​za pripremu nanorobona. Graphene vrpce su tanke trake grafena koje mogu imati još korisnije karakteristike od grafenskih ploča. U širinama od oko 10 nm ili manjim, ponašanje grafenskih vrpci sličan je poluvodiču kao što su elektroni prisiljeni pomicati po duljini. Zato bi moglo biti zanimljivo koristiti nanorobone s funkcijama poluvodiča u elektronici (npr. Za manje, brže računalne čipove).
Dai et al. Priprema grafena nanoribbons baza u dva koraka: prvo, da olabavi slojeve grafena od grafita pomoću toplinske obrade 1000ºC tijekom jedne minute u 3% vodikom u argonom. Zatim, grafen bio slomljen gore u trake pomoću ultrazvuka. U nanoribbons dobiveni ovom tehnikom karakterizira puno „glađe’ rubovi od onih proizvesti uobičajenim litografski način. (Jiao i sur. 2009)

Priprava Carbon Nanoscrolls

Ugljika Nanoscrolls slični više stijenki ugljikove nanocjevčice. Razlika do MWCNTs je otvorena savjete i punu dostupnost unutrašnjim površinama na druge molekule. Oni se mogu sintetizirati kemijski mokro interkalirajućih grafit s kalijem, piling u vodi i ultrazvuka koloidnu suspenziju. (Vidi Viculis et al. 2003), ultrazvučno pomaže pomicanje se od grafen monoslojeva u atoma nanoscrolls (vidi sl. 3). Visoka učinkovitost pretvorbe 80% je postignut, što čini proizvodnju nanoscrolls zanimljivih za komercijalne aplikacije.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

Ultrazvučno Sinteza of Carbon Nanoscrolls (Viculis et al 2003.): Sl.3

grafena Disperzije

Razina disperzije grafena i grafen oksida izuzetno je važna za korištenje punog potencijala grafena sa svojim specifičnim svojstvima. Ako se grafen ne raspršuje pod kontroliranim uvjetima, polidisperzija grafenske disperzije može dovesti do nepredvidljivog ili neljudskog ponašanja nakon što se ugradi u uređaje, jer se svojstva grafena razlikuju kao funkcija njegovih strukturnih parametara. Sonication je dokazano liječenje koje oslabljuje snage međusloja i omogućuje točnu kontrolu važnih parametara obrade.
„Za grafen oksida (GO), koji se obično odljuštenih kao single-sloj limova, jedan od glavnih polidisperzitet izazove proizlazi iz razlike u bočnom području pahuljica. Pokazano je da je prosječna veličina bočni GO može pomaknuti od 400 nm do 20 um promjenom grafitne polaznog materijala i uvjeta sonikacijom.”(Green i sur. 2010)
ultrazvučni raspršivanje od grafena rezultira finim, pa čak i koloidnih kaše je pokazao u raznim drugim studijama. (Liu et al. 2011 / djece i sur. 2011 / Choi et al. 2010)
Zhang et al. (2010) pokazali su da je korištenje ultrazvuka stabilna grafen disperzija s visokom koncentracijom od 1 mg · ml-1 i relativno čisti grafen stavlja se postići, a kao pripremljene grafena stavlja pokazuju visoku električnu vodljivost od 712 S · m-1, Rezultati Fourier transformirana infracrvena spektara i Raman spektar pregled pokazuje da je ultrazvučna metoda preparat ima manje štete na kemijsku i kristalne strukture grafena.

potencijalni Prijave

Biološke primjene: Primjer za ultrazvučnu pripremu grafena i njegovu biološku upotrebu dani su u studiji "Sinteza grafena-zlata nanokompozita putem Sonochemical Reduction" od strane Park et al. (2011), pri čemu je nanokompozit s reduciranog grafenskog oksida - zelene (Au) nanočestice sintetiziran istodobnim smanjenjem iona zlata i nanosa nanočestica zlata na površinu reduciranog grafen oksida istovremeno. Kako bi se olakšalo redukciju zlatnih iona i stvaranje funkcionalnih skupina kisika za sidrenje nanočestica zlata na smanjenom grafenskom oksidu, ultrazvučna zračenja primijenjena su na smjesu reaktanata. Proizvodnja zlatno-veznih peptida modificiranih biomolekula pokazuje potencijal ultrazvučnog ozračivanja grafena i grafena. Stoga, ultrazvuk čini se da je pogodan alat za pripremu drugih biomolekula.
Elektronika: Grafen je vrlo funkcionalan materijal za elektroničke sektoru. Do visoke pokretljivosti nosilaca naboja unutar mreže u Grafen je, grafen je najviši interes za razvoj brzih elektroničkih komponenti u visokofrekventnih-tehnologije.
Senzori: ultrazvučno piling grafen se mogu koristiti za proizvodnju visoko osjetljiva i selektivna konduktometrijska senzora (čiji je otpor brzo mijenja >10% 000 u zasićenoj parama etanola), i s vrlo visokom ultracapacitors specifičnog kapaciteta (120 F / g), gustoće snage (105 kW / kg), te je gustoća energije (9.2 Wh / kg). (Na et al. 2010)
Alkohol: Za proizvodnju alkohola: A strana prijava može biti korištenje grafena u proizvodnji alkohola, tu grafena membrane može se koristiti za destilaciju alkohola i kako bi na taj način alkoholna pića jači.
Kao najjači, najviše električno vodljivi i jedan od najlakši i najfleksibilnijih materijala grafen obećavajući materijal za solarne ćelije, kao katalizatorom, transparentnih i emitivnih prikazuje, mikromehanički rezonatora, tranzistora, kao katoda u litij-zrak baterije za ultraosjetljiv kemijske detektora vodljive premazi, kao i primjena kao aditiva u spojevima.

Kontaktirajte nas / zatražite dodatne informacije

Razgovarajte s nama o svojim zahtjevima za obradu. Mi ćemo preporučiti najprikladnije za postavljanje i obrade parametara za svoj projekt.





Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


Preuzmite kompletan članak kao PDF ovdje:
Ultrazvučno pomagao pripremu grafena

Literatura / Reference

  • An, X .; Simmons, T .; Shah, R .; Wolfe, C .; Lewis, K. M .; Washington, M .; Nayak, S. K .; Talapatra, S .; Kar, S. (2010): Stabilni vodenih disperzija nekovalentno se funkcionalni grafena iz Grafit i njihovih Višenamjenski visoke performanse aplikacija. Nano Letters 10/2010. str. 4295-4301.
  • Dijete, T. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): Poboljšana konvektivne prijenos topline pomoću grafena raspršena nanofluids. Nano Research Letters 6: 289, 2011.
  • Prasak, J. H .; Suslick, K. S. (2010): Primjena ultrazvuka u sintezi nanostrukturirani materijala. Advanced Materials 22/2010. str. 1039-1059.
  • Choi, E. Y .; Han, T. H .; Hong, J .; Kim, J. E .; Lee, S. H .; Kim, H. W .; Kim, S. O. (2010): nekovalentnim funkcionalizacijom grafena s krajnjim funkcionalni polimeri. Časopis za kemiju materijala 20/2010, str. 1907-1912.
  • Geim, A. K. (2009): Grafen: Stanje i perspektive. Znanost 324/2009. str. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Green, A. A .; Hersam, M. C. (2010): u nastajanju Postupci za proizvodnju monodisperzni grafena disperzija. Journal of Physical Chemistry Letters 2010., str. 544-549.
  • Guo, J .; Zhu, S .; Chen, Z .; Li, Y .; Yu, Z .; Liu, Z .; Liu, Q .; Li, J .; Feng, C .; Zhang, D. (2011): Sonochemical Sinteza TiO (2 nanočestice na grafena za upotrebu kao photocatalyst
  • Hasan, K. ul; Sandberg, M. O .; Nur, O .; Willander, M. (2011): polikationa stabilizacija grafen suspenzija. Nano Research Letters 6: 493, 2011.
  • Liu, X .; Pan, L .; LV, T .; Zhu, G .; Lu, T .; Sun, Z .; Sun, C. (2011): mikrovalovima sinteza TiO2 smanjena grafen oksida kompozita za fotokatalitičkom redukciju kroma (VI). RSC Napredak 2011.
  • Malig, J .; Englert, J. M .; Hirsch, A .; Guldi, D. M. (2011): Mokri Kemija grafena. Sučelje Elektrokemijski društvo, proljeće 2011., str. 53-56.
  • Oh, W. Ch .; Chen, M. L .; Zhang, K .; Zhang, F. J .; Jang, W. K. (2010): Utjecaj toplinskom i ultrazvučnog tretmana na nastajanje Grafen-oksida Nanosheets. Časopis društva 4/56 Korejski prostornog, 2010., str. 1097-1102.
  • Sametband, M .; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): Grafen mikrosfere oksida pripraviti jednostavnim, jednom koraku postupka ultrazvukom. Novi časopis za kemiju 36/2012. str. 36-39.
  • Savoskin, M. V .; Mochalin, V.N .; Yaroshenko, A. P .; Lazareva, N. I .; Konstanitinova, T. E .; Baruskov, I. V .; Prokofjev, I. G. (2007): ugljika nanoscrolls proizvedeni iz akceptor tipa grafita umetanjem spojeva. Ugljični 45/2007. str. 2797-2800.
  • Stankovich, S .; Dikin, D. A .; PINER, R. D .; Kohlhaas, K. A .; Kleinhammes, A .; Jia, Y .; Wu, Y .; Nguyen, S. T .; Ruoff, R. S. (2007): Sinteza grafen bazi nanosheets kemijskom redukcijom odljuštenih grafitnog oksida. Ugljični 45/2007. str. 1558-1565.
  • Štengl, V .; Popelková, D .; Vlácil, P. (2011): TiO2-Grafen nanokompozitnim kao High Performance Photocatalysts. U: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. str. 25.209-25.218.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer poznate Encyclopedia of Chemical Technology, 4. izd. J. Wiley & Sons, New York, 1998, sv. 26, str. 517-541.
  • Viculis, L. M .; Mack, J. J .; Kaner, R. B. (2003): A Kemijska Ruta do Carbon Nanoscrolls. Znanost, 299/1361; 2003.
  • Xu, H .; Suslick, K. S. (2011): Sonochemical Priprava funkcionaliziran Graphenes. U: Journal of American Chemical Society 133/2011. str. 9148-9151.
  • Zhang, W .; On, W .; Jing, X. (2010): Priprava stabilan grafena disperzijske koncentracije s visokim ultrazvukom. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. str. 10368-10373.
  • Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Diankov, G .; Dai, H. (2009): Uske grafena nanoribbons od ugljikovih nanocjevčice. Priroda 458/2009, str. 877-880.
  • Park, G .; Lee, K. G .; Lee, S. J .; Park, T. J .; Wi, R .; Kim, D. H. (2011): Sinteza grafena-Gold nanokompozita preko Sonochemical smanjenje. Časopis za nanoznanosti i nanotehnologiji 7/11, 2011., str. 6095-6101.
  • Zhang, RQ; De Sakar, A. (2011): Teorijska istraživanja formiranja, ugađanja svojstava i adsorpcije grafenskih segmenata. U: M. Sergey (ur.): Fizika i primjena grafena - teorija. InTech 2011., str. 3-28.