Grafén nanolemezkék szintetizálva és diszpergálva szonda-szonikálással

A grafén nanolemezkék (GNP-k) nagy hatékonysággal és megbízhatósággal szintetizálhatók és diszpergálhatók szonikátorok segítségével. Nagy intenzitású ultrahangos kezelést alkalmaznak grafit hámlasztására és kevés rétegű grafén előállítására, amelyet gyakran grafén nanolemezkéknek neveznek. A szonikálás kiválóan alkalmas kiváló grafén nanolemezke-eloszlás elérésére mind alacsony, mind nagyon viszkózus szuszpenziókban.

Grafén nanolemezke feldolgozás – Kiváló eredmények szonikálással

A grafén nanolemezkék feldolgozásához a szonda típusú szonda típusú szondák a leghatékonyabb, legmegbízhatóbb és könnyen használható eszköz. Mivel az ultrahangos kezelés alkalmazható a grafén nanolemezkék szintézisére, diszperziójára és funkcionalizálására, szonikátorokat használnak számos grafénnel kapcsolatos alkalmazáshoz:

• Hámlasztás és szintézis A szonda típusú szonikátorokat grafit hámlasztására használják néhány rétegű grafén vagy grafén nanolemezkékké. A nagy intenzitású ultrahangos kezelés megzavarja a rétegek közötti erőket, és lebontja a grafitot kisebb, egyedi grafénlapokra.
• Diszperzió: A grafén nanovérlemezkék egyenletes diszperziójának elérése folyékony közegben döntő fontosságú minden grafénnel kapcsolatos alkalmazás számára. A szonda típusú szondák egyenletesen eloszlathatják a nanovérlemezkéket a folyadékban, megakadályozva az agglomerációt és biztosítva a stabil szuszpenziót.
• Funkcionalizálás: A szonikálás megkönnyíti a grafén nanolemezkék funkcionalizálását azáltal, hogy elősegíti a funkcionális csoportok vagy molekulák felületükhöz való kötődését. Ez a funkcionalizálás növeli kompatibilitásukat bizonyos polimerekkel vagy anyagokkal.

Grafén nanolemezke szintézis szonikálással

A grafén nanovérlemezkék ultrahanggal segített grafit hámlasztással szintetizálhatók. Ezért egy grafit szuszpenziót szonda típusú ultrahangos homogenizátorral ultrahangosítunk. Ezt az eljárást nagyon alacsony (pl. 4 tömeg% vagy alacsonyabb) és magas szilárd (pl. 10 tömeg% vagy magasabb) koncentrációk mellett tesztelték.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópos képek grafén nanolemezekrőlultrahanggal segített vizes fázis diszperzió és Hummer módszer.(Tanulmány és grafika: Ghanem és Rehim, 2018)

Mi a különbség a grafénlemezek és a nanovérlemezkék között?

A grafénlemezek és a grafén nanolemezkék egyaránt grafénből álló nanoanyagok, amely egy hatszögletű rácsban elrendezett szénatomok egyetlen rétege. Néha a grafénlemezeket és a grafén nanolemezkéket cserélhető kifejezésekként használják. De tudományosan van néhány különbség ezek között a grafén nanoanyagok között: Az elsődleges különbség a grafén lemezek és a grafén nanolemezkék között szerkezetükben és vastagságukban rejlik. A grafénlemezek egyetlen szénatomrétegből állnak, és kivételesen vékonyak, míg a grafén nanolemezkék vastagabbak és több halmozott grafénrétegből állnak. Ezek a szerkezeti különbségek befolyásolhatják tulajdonságaikat és az adott alkalmazásokra való alkalmasságukat. A szonda típusú szondák használata rendkívül hatékony és hatékony technika a grafén egyrétegű grafén lemezek, valamint a néhány rétegű halmozott grafén nanolemezkék szintetizálására, diszpergálására és funkcionalizálására.

A grafén nanolemezkék ultrahangos szintézisének grafikus megjelenítése az UP100H szonikátor segítségével(Tanulmány és grafika: Ghanem és Rehim, 2018)

A grafén nanovérlemezkék diszperziója szonikálással

A grafén nanolemezkék (GNP-k) egyenletes diszperziója kulcsfontosságú a különböző alkalmazásokban, mivel közvetlenül befolyásolja a kapott anyagok vagy termékek tulajdonságait és teljesítményét. Ezért szonikátorokat telepítenek grafén nanolemezkék diszperziókhoz különböző iparágakban. A következő iparágak kiemelkedő példák a teljesítmény-ultrahang használatára:
 

• Nano-kompozitok: A grafén nanolemezkék különböző nanokompozit anyagokba, például polimerekbe építhetők be, hogy javítsák mechanikai, elektromos és termikus tulajdonságaikat. A szonda típusú szondák segítik a nanovérlemezkék egyenletes eloszlását a polimer mátrixban, ami javítja az anyag teljesítményét.
• Elektródák és elemek: A grafén nanolemezkéket az akkumulátorok és szuperkondenzátorok nagy teljesítményű elektródáinak fejlesztésére használják. A szonikálás segít létrehozni jól diszpergált grafén alapú elektródanyagokat nagyobb felülettel, ami javítja az energiatárolási képességeket.
• Katalízis: A szonikálás grafén nanolemezkéken alapuló katalitikus anyagok előállítására használható. A katalitikus nanorészecskék egyenletes diszperziója a grafén felületén fokozhatja a katalitikus aktivitást különböző reakciókban.
• Érzékelők: A grafén nanolemezkék felhasználhatók érzékelők gyártására különböző alkalmazásokhoz, beleértve a gázérzékelést, a bioérzékelést és a környezeti monitorozást. A szonikálás biztosítja a nanovérlemezkék homogén eloszlását az érzékelő anyagokban, ami jobb érzékenységhez és teljesítményhez vezet.
• Bevonatok és fóliák: A szonda típusú szondákat grafén nanolemezke alapú bevonatok és filmek előállítására használják elektronikai, repülőgépipari és védőbevonatok alkalmazására. Az egyenletes diszperzió és a szubsztrátumokhoz való megfelelő tapadás döntő fontosságú ezekben az alkalmazásokban.
• Orvosbiológiai alkalmazások: Az orvosbiológiai alkalmazásokban a grafén nanovérlemezkék felhasználhatók gyógyszerszállításra, képalkotásra és szöveti tervezésre. A szonikálás segít az ezekben az alkalmazásokban használt grafén alapú nanorészecskék és kompozitok előállításában.

Grafén nanovérlemezkék SEM képei b) X3000 és c) X8000(Tanulmány és képek: ©Alizadeh et al., 2018)

Tudományosan bizonyított eredmények ultrahangos grafén nanolemezke diszperziókra

A tudósok számos tanulmányban használták a Hielscher szonikátorokat a grafén nanovérlemezkék szintézisére és diszperziójára, és erőteljesen tesztelték az ultrahangos kezelés hatásait. Az alábbiakban néhány példát talál a grafén nanolemezkék különböző keverékekbe, például vizes szuszpenziókba, expoy gyantákba vagy habarcsba történő sikeres keverésére.
 
A grafén nanovérlemezkék megbízható, gyors és egyenletes diszperziójának általános eljárása a következő eljárás:
A diszperzióhoz a grafén nanolemezkéket tiszta acetonban ultrahanggal kezeltük a Hielscher ultrahangos keverővel UP400S majdnem egy órán keresztül, hogy megakadályozzák a grafénlemezek agglomerációját. Az acetont párologtatással teljesen eltávolítottuk. Ezután a grafén nanolemezkéket hozzáadtuk az epoxi rendszer 1 tömeg% -ához, és ultrahanggal kezeltük az epoxigyantában 90 W-on 15 percig.
(vö. Cakir et al., 2016)
 
Egy másik tanulmány az ionos folyadék alapú nanofluidok (ionanofluidok) megerősítését vizsgálja grafén nanolemezkék hozzáadásával. A kiváló diszperzió érdekében a grafén nanolemezkék, ionos folyadék és nátrium-dodecil-benzol-szulfonát keverékét homogenizáltuk a Hielscher szonda típusú ultrahangos készülékkel UP200S körülbelül 90 percig.
(vö. Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis et al. (2019) beszámol a grafén nanovérlemezkék habarcsba történő hatékony beépítéséről. Ezért vizes grafén szuszpenziókat állítottunk elő nanovérlemezkék hozzáadásával – a kapott anyagok kívánatos céltartalma által előírt súlyokkal – rendszeres csapvíz és lágyító keverékében, majd ezt követően mágneses keveréssel 2 percig. A szuszpenziókat ultrahangos kezeléssel homogenizáltuk 90 percig szobahőmérsékleten, Hielscher UP400S eszközzel (Hielscher Ultrasonics GmbH), amely 22 mm-es szonotróddal van felszerelve, amely 4500 J? perc teljesítményt nyújt 24 kHz frekvencián. Az energiasebesség és az ultrahangos időtartam specifikus kombinációját optimálisnak találták a szuszpenzió minőségének ultrahangos paramétereinek hatásának aprólékos vizsgálatát követően.
(vö. Tragazikis et al., 2019)
 
Zainal et al. (2018) kutatásukban kijelentik, hogy a megfelelő diszperziós technika, például az ultrahangozás biztosítja, hogy a nanoanyagok, például a grafén nanolemezlets javíthassák a töltőanyagok tulajdonságait. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a diszperzió az egyik legfontosabb tényező a kiváló minőségű nanokompozitok, például az epoxi habarcs előállításához.

Nagy teljesítményű szonikátorok grafén nanolemezkék feldolgozásához

Hielscher Ultrasonics piacvezető, amikor jön a nagy teljesítményű ultrahangos készülékek nanoanyag feldolgozására. A Hielscher szonda típusú szonda típusú szonikátorokat világszerte használják laboratóriumokban és ipari környezetben különböző alkalmazásokhoz, beleértve a grafén nanolemezkék feldolgozását is.
A legmodernebb technológia, a német kivitelezés és mérnöki munka, valamint a hosszú távú műszaki tapasztalat teszi a Hielscher Ultrasonics-t a sikeres ultrahangos alkalmazáshoz.

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség

A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: