Piling grafena na bazi vode
Ultrazvučni piling omogućuje proizvodnju neslojnog grafena bez upotrebe oštrih otapala koristeći samo čistu vodu. High-power sonication delaminira grafen listova u kratkom tretmanu. Izbjegavanje otapala pretvara piling grafena u zeleni, održivi proces.
Proizvodnja grafena putem tekućeg faznog pilinga
Grafen se komercijalno proizvodi putem takozvanog tekućeg faznog pilinga. Tekući fazni piling grafena zahtijeva uporabu toksičnih, ekološki štetnih i skupih otapala, koja se koriste kao kemijska pred-obrada ili u kombinaciji s /s mehaničkom tehnikom disperzije. Za mehaničku disperziju listova grafena, ultrazvuka je uspostavljena kao vrlo pouzdana, učinkovita i sigurna tehnika za proizvodnju visokokvalitetnih listova grafena u velikim količinama na potpuno industrijskoj razini. Budući da je uporaba oštrih otapala uvijek popraćena troškovima, kontaminacijom, složenim uklanjanjem i odlaganjem, sigurnosnim pitanjima, kao i opterećenjem okoliša, netoksičnija i sigurnija alternativa znatno je povoljna. Piling grafena koji koristi vodu kao otapalo i ultrazvuk snage za mehaničku deaminaciju nekoliko slojevitih listova grafena stoga je vrlo obećavajuća tehnika za proizvodnju zelenog grafena.
Uobičajena otapala, koja se često koriste kao tekuća faza za raspršivanje grafen nanosheets, uključuju dimetil sulfoksid (DMSO), N,N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirolidont (NMP), Tetrametilurea (TMU), Tetrahidrofuran (THF), propilen karbonateaceton (PC), etanol i formamid.
Kao već dugoročno uspostavljena tehnika pilinga grafena u komercijalnim razmjerima, ultrazvukcija omogućuje proizvodnju visokokvalitetnog grafena visoke čistoće po niskoj cijeni. Budući da ultrazvučni piling grafena može biti potpuno linearan na bilo koji volumen, proizvodni prinos visokokvalitetnih grafenskih pahuljica može se lako provesti za masovnu proizvodnju grafena.
Na UIP2000hdT je 2kW snažan ultrazvučni disperzivač za piling i disperziju grafena.
Ultrazvučni piling grafena u vodi
Tyurnina et al. (2020) istraživala je učinke amplitude i intenziteta sonikacije na čista vodeno-grafitna rješenja i dobiveni piling grafena. U studiji su koristili Hielscher Da (200W, 24kHz). Ultrazvučni piling pomoću vode primijenjen je kao proces jednog koraka za razminaciju nekoliko slojeva grafena. Kratko liječenje od 2h bilo je dovoljno za proizvodnju neslojnog grafena u otvorenom postavu sonikacije beakera.
Sekvenca velike brzine (od a do f) okvira koji ilustriraju sono-mehanički piling grafitne pahuljice u vodi pomoću UP200s, ultrasonikatora od 24 kHz s 3-mm sonotrodom. Strelice pokazuju mjesto cijepanja (pilinga) s mjehurićima karitacije koji prodiru u rascjep.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4,0)
Optimizacija ultrazvučnog pilinga grafena
Ultrazvučna postava koju koristi Tyurnina et al. (2020) može se lako optimizirati za veću učinkovitost i brži piling pomoću zatvorenog ultrazvučnog reaktora u protočnom načinu rada. Ultrazvučna inline obrada omogućuje znatno ujednačeniji ultrazvučni tretman sve grafitne sirovine: hranjenje grafita / vodene otopine izravno u skučeni prostor ultrazvučne karitacije, sav grafit postaje ravnomjerno soniciran što rezultira visokim prinosom visokokvalitetnih grafenskih pahuljica.
Hielscher Ultrasonics sustavi omogućuju preciznu kontrolu nad svim važnim parametrima obrade kao što su amplitude, vrijeme / zadržavanje, unos energije (Ws / rol), tlak i temperatura. Postavljanje optimalnih ultrazvučnih parametara rezultira najvišim prinosom, kvalitetom i ukupnom učinkovitošću.
Kako ultrazvukcija potiče piling grafena
Kada se ultrazvučni valovi velike snage vežu u kašu grafitnog praha i vode ili bilo kojeg otapala, sonomehaničke sile kao što su visoko smicanje, intenzivne turbulencije i diferencijali visokog tlaka i temperature stvaraju energetski intenzivne uvjete. Ovi energetski intenzivni uvjeti rezultat su fenomena akustične karitacije. Više o ultrazvučnim kavitatacijama pročitajte ovdje!
Ultrazvuk snage pokreće širenje grafitnog praha, budući da se tekućine prešaju između slojeva grafena, od kojih se sastoji grafit. Ultrazvučne sile smicanja delaminiraju pojedinačne listove grafena i raspršuju ih kao grafenske pahuljice u otopini. Da bi se dobila dugoročna stabilnost grafena u vodi, potreban je surfaktant.
Mehnizam ultrazvučnog tekućeg faznog pilinga pilinga grafena.
Studija i slika Tyurnina i sur., 2021.
Ultrasonikatori visokih performansi za piling grafena
Pametne značajke Hielscher ultrasonikatora osmišljene su kako bi jamčile pouzdan rad, ponovljive ishode i prijateljstvo s korisnicima. Operativnim postavkama može se lako pristupiti i birati putem intuitivnog izbornika, kojem se može pristupiti putem digitalnog dodirnog zaslona u boji i daljinskog upravljača preglednika. Stoga se svi uvjeti obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplitude, vrijeme, tlak i temperatura automatski bilježe na ugrađenoj SD-kartici. To vam omogućuje da revidirate i usporedite prethodne sonikacije i optimizirati proces pilinga grafena na najvišu učinkovitost.
Hielscher Ultrasonics sustavi koriste se širom svijeta za proizvodnju visokokvalitetnih grafenskih listova i grafen oksida. Hielscher industrijski ultrazvuk može lako pokrenuti visoke amplitudes u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitudes do 200μm može se lako kontinuirano generirati sa standardnim sonotrodes (ultrazvučne sonde / rogovi i cascatrodesTm). Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja, naši ultrazvučni sustavi pilinga obično se ugrađuju za teške primjene i u zahtjevnim okruženjima.
Hielscher ultrazvučni procesori za piling grafena već su instalirani širom svijeta u komercijalnim razmjerima. Obratite nam se sada kako biste razgovarali o vašem procesu proizvodnje grafena! Naše iskusno osoblje rado će podijeliti više informacija o procesu pilinga, ultrazvučnim sustavima i cijenama!
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 mL | 10 do 200 mL / min | UP100H |
| 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 | UIP4000hdT |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Književnost / Reference
- 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.
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.
Grafen je sloj ugljika deblji od jednog atoma, koji se može opisati kao jednoslojni ili 2D struktura grafena (jednostruki sloj grafena = SLG). Graphene ima izvanredno veliku specifičnu površinu i vrhunska mehanička svojstva (Youngov modul od 1 TPa i intrinzična čvrstoća od 130 GPa), nudi veliku elektronsku i toplinsku vodljivost, mobilnost nosača naboja, transparentnost i nepropusna za plinove. Zbog tih svojstava materijala, grafen se koristi kao dodatak za pojačanje kako bi se kompoziti dali snaga, vodljivost itd. Da bi se kombinirao svojstva grafena s drugim materijalima, grafen se mora raspršiti u spoj ili se nanijeti kao premaz tankog filma na podlogu.
Ultrazvuk visokih performansi! Hielscherov asortiman pokriva cijeli spektar od kompaktnog laboratorijskog ultrasonikatora preko bench-top jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava.