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 és Rehim (2018) beszámolnak a grafit vízben történő ultrahangos hámlasztásáról nátrium-dodecil-benzol-szulfonát (SDS) segítségével, hogy diszpergált grafén nanoplateleket állítsanak elő az UP 100H típusú szondás szonikátor segítségével, amely lehetővé tette a hibamentes, néhány rétegű grafén (>5) sikeres előállítását. A következő prekurzort alkalmaztuk: a Hummer-módszerrel redukált grafén-nanorétegeket állítottunk elő, amelyeket két további lépésben, a grafit oxidációjával, majd a grafén-oxid redukciójával kezeltünk. Ezáltal oldószeres diszperziós módszerrel vízben diszpergált grafén nanopalacsintákat kaptunk (lásd az alábbi sémát). A grafitrétegeket szonikálással hámoztuk le UP100H típusú szondás szonikátorral (100 W). 150 ml deionizált vízben 0,25 g SDS-t oldottunk fel, majd 0,5 g grafitot adtunk hozzá. A grafitoldatot 12 órán át szonikáztuk jégfürdőben, majd a szuszpenziós oldatot 686× g-n 30 percig centrifugáltuk a nagy részecskék eltávolítása érdekében. A csapadékot elvetettük, és a felülúszót újracentrifugáltuk 90 percig 12 600× g-n. A kapott diszpergált grafén nanoplateleket többször jól megmostuk, hogy megszabaduljunk a felületaktív anyagtól. Végül a terméket 60 ºC-on, vákuumban szárítottuk.

Nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópos képek grafén nanolemezekről
ultrahanggal 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: