grafén-oxid – Ultrahangos hámlasztás és diszperzió
Az ultrahangos hámlasztás széles körben alkalmazott technika grafén-oxid előállítására a grafit-oxid vékony, egy- vagy néhány rétegű grafénlemezekre bontásával. A Hielscher szonikátorok intenzív akusztikus kavitációt hoznak létre, ahol az energia-sűrű ultrahangos hullámok nagy energiájú mikrobuborékokat generálnak folyékony közegben. Ezek az összeomló buborékok nyíróerőket hoznak létre, amelyek elválasztják a grafit-oxid rétegeket, hatékonyan hámlasztva őket grafén-oxid nanolemezekké. Használja ki a nagy teljesítményű ultrahangot, hogy a grafén-oxid alapú alkalmazását a következő szintre emelje!
A grafén-oxid ultrahangos hámlása
A grafén-oxid vízben oldódó, amfifil, nem mérgező, biológiailag lebontható és könnyen diszpergálható stabil kolloidokká. Az ultrahangos hámlasztás és diszperzió nagyon hatékony, gyors és költséghatékony módszer a grafén-oxid ipari méretben történő szintetizálására, diszpergálására és funkcionalizálására. A későbbi feldolgozás során az ultrahangos diszpergálószerek nagy teljesítményű grafén-oxid-polimer kompozitokat állítanak elő.
Az ultrahangos hámlasztás előnyei
Az ultrahangos hámlasztás számos előnnyel jár, beleértve az egyszerűséget, méretezhetőség, és környezetbarát, mivel általában nem igényel kemény vegyszereket vagy összetett feldolgozást. Ezenkívül lehetővé teszi a grafén-oxid nanolemezek méretének és vastagságának pontos szabályozását, ami elengedhetetlen tulajdonságaik hangolásához különböző alkalmazásokban.
Ipari sonicator UIP16000hdT grafén-oxid hámlasztásához nagy áteresztőképesség mellett
Protokoll: A grafén-oxid ultrahangos hámlasztása
A grafén-oxid (GO) nanolemezek méretének szabályozása érdekében a hámlasztási módszer kulcsfontosságú tényező. Pontosan szabályozható folyamatparaméterei miatt az ultrahangos hámlasztás a legszélesebb körben alkalmazott delaminációs technika a kiváló minőségű grafén és grafén-oxid előállításához.
A grafén-oxid grafit-oxidból történő ultrahangos hámlasztásához különböző protokollok állnak rendelkezésre. Az alábbiakban talál egy példaértékű protokollt az ultrahangos grafén-oxid hámlasztásához:
A grafit-oxid port vizes KOH-ban keverjük össze 10-es pH-értékkel. A hámláshoz és az azt követő diszperzióhoz a szonda típusú ultrahangos készüléket használjuk UP200St (200W). Ezután K+ ionok kapcsolódnak a grafén bazális síkjához, hogy öregedési folyamatot indukáljanak. Az öregedést rotációs párologtatással (2 óra) érik el. A felesleges K+ ionok eltávolítása érdekében a port többször mossuk és centrifugáljuk.
A kapott elegyet centrifugáljuk és liofilizáljuk, hogy diszpergálható grafén-oxid por kicsapódjon.
Vezetőképes grafén-oxid paszta elkészítése: A grafén-oxid por dimetil-formamidban (DMF) diszpergálható szonikálás alatt, hogy vezetőképes pasztát állítson elő. (Han et al.2014)
Az ultrahangos grafén-oxid hámlás mechanizmusa
(Kép.: Potts et al. 2011)
A grafén-oxid ultrahangos funkcionalizálása
A szonikálást sikeresen használják grafén-oxid (GO) beépítésére polimerekbe és kompozitokba.
Példák:
- grafén-oxid-TiO2 mikroszféra kompozit
- Polisztirol-magnetit-grafén-oxid kompozit (mag-héj szerkezetű)
- polisztirol redukált grafén-oxid kompozitok
- polianilin nanoszálas bevonatú polisztirol/grafén-oxid (PANI-PS/GO) maghéj kompozit
- polisztirol-interkalált grafén-oxid
- p-feniléndiamin-4vinilbenzol-polisztirol módosított grafén-oxid
Ultrahangos UP400St grafén nanolemezke diszperziók előállításához
Az ultrahangos hámlasztással előállított grafén-oxid alkalmazásai
Az ultrahangos hámlasztással előállított grafén-oxid széles körben alkalmazható különböző területeken. Az elektronikában rugalmas vezetőképes filmekben és érzékelőkben használják; Az energiatárolás során javítja az akkumulátorok és szuperkondenzátorok teljesítményét. A grafén-oxid antibakteriális tulajdonságai értékessé teszik orvosbiológiai alkalmazásokban, míg nagy felülete és funkcionális csoportjai előnyösek a katalízisben és a környezeti kármentesítésben. Összességében, ultrahangos hámlasztás megkönnyíti a hatékony előállítását kiváló minőségű grafén-oxid felhasználására a legmodernebb technológiákban.
Sonicators grafén és grafén-oxid feldolgozásához
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos rendszereket kínál hámlasztáshoz, diszpergáláshoz, és grafén és grafén-oxid feldolgozásához. A megbízható ultrahangos processzorok és a kifinomult reaktorok pontos vezérlést biztosítanak, lehetővé téve az ultrahangos folyamatok hangolását a kívánt célokra.
Az egyik legfontosabb paraméter az ultrahangos amplitúdó, amely meghatározza az ultrahangos szonda rezgési tágulását és összehúzódását. A Hielscher ipari ultrahangos készülékek nagy amplitúdójú, akár 200μm-es folyamatosan működnek 24/7 működésben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos szondák állnak rendelkezésre. Minden processzor pontosan beállítható a folyamat körülményeihez, és beépített szoftverrel felügyelhető, biztosítva a megbízhatóságot, az állandó minőséget és a reprodukálható eredményeket.
A Hielscher szonikátorok robusztusak és folyamatosan működhetnek nagy teherbírású környezetben, így az ultrahangos kezelés a nagyszabású grafén, grafén-oxid és grafit anyagkészítés előnyös gyártási technológiája.
Az ultrahangos készülékek és tartozékok széles termékválasztéka, beleértve a különböző méretű és geometriájú sonotrodákat és reaktorokat, lehetővé teszi az optimális reakciófeltételek és tényezők, például reagensek, ultrahangos energiabevitel, nyomás, hőmérséklet, és áramlási sebesség kiválasztását a legmagasabb minőség elérése érdekében. A Hielscher ultrahangos reaktorai akár több száz bargot is nyomás alá helyezhetnek, lehetővé téve a 250 000 centipoise-t meghaladó viszkozitású, nagyon viszkózus paszták szonikálását.
Az ultrahangos delamináció és hámlasztás ezeknek a tényezőknek köszönhetően kiváló a hagyományos technikák.
- nagy teljesítmény
- Nagy nyíróerők
- magas nyomás alkalmazható
- Precíz vezérlés
- Zökkenőmentes méretezhetőség (lineáris)
- kötegelt és folyamatos
- reprodukálható eredmények
- megbízhatóság
- Erőteljesség
- magas energiahatékonyság
Ultrahangos rendszer grafén-oxid hámlasztáshoz
Ha többet szeretne megtudni az ultrahangos grafén szintézisről, diszperzióról és funkcionalizálásról, kérjük, kattintson ide:
- Grafén gyártás
- Grafén nanovérlemezkék
- Vízbázisú grafén hámlasztás
- vízben diszpergálható grafén
- grafén-oxid
- xének
Tények, amelyeket érdemes tudni
Ultrahang és kavitáció: Hogyan hámlik a grafit grafén-oxidra szonikálással?
A grafit-oxid (GrO) ultrahangos hámlasztása az akusztikus kavitáció által kiváltott nagy nyíróerőn alapul. Az akusztikus kavitáció a váltakozó nagynyomású / alacsony nyomású ciklusok miatt keletkezik, amelyeket az erős ultrahanghullámok folyadékban történő összekapcsolása generál. Az alacsony nyomású ciklusok során nagyon kis üregek vagy vákuumbuborékok fordulnak elő, amelyek a váltakozó alacsony nyomású ciklusok felett nőnek. Amikor a vákuumbuborékok olyan méretet érnek el, hogy nem tudnak több energiát elnyelni, hevesen összeomlanak egy nagynyomású ciklus során. A buborék implózió kavitációs nyíróerőket és feszültséghullámokat, akár 6000 K szélsőséges hőmérsékletet, 10 feletti extrém hűtési sebességet eredményez10K/s, nagyon magas, akár 2000 atm nyomás, extrém nyomáskülönbségek, valamint akár 1000 km/h (∼280m/s) folyadéksugarak.
Ezek az intenzív erők befolyásolják a grafitkötegeket, amelyek egy- vagy néhány rétegű grafén-oxidra és érintetlen grafén nanolemezekre delaminálódnak.
Mi az a grafén-oxid?
A grafén-oxidot (GO) grafit-oxid (GrO) hámlasztásával szintetizáljuk. Míg a grafit-oxid egy 3D-s anyag, amely több millió réteg grafénrétegből áll, interkalált oxigénekkel, a grafén-oxid egy- vagy néhány rétegű grafén, amely mindkét oldalon oxigénnel van ellátva.
A grafén-oxid és a grafén a következő jellemzőkben különböznek egymástól: a grafén-oxid poláris, míg a grafén nem poláris. A grafén-oxid hidrofil, míg a grafén hidrofób.
Ez azt jelenti, hogy a grafén-oxid vízben oldódó, amfifil, nem mérgező, biológiailag lebontható és stabil kolloid szuszpenziókat képez. A grafén-oxid felülete epoxi-, hidroxil- és karboxilcsoportokat tartalmaz, amelyek kationokkal és anionokkal kölcsönhatásba léphetnek. Egyedülálló szerves-szervetlen hibrid szerkezetüknek és kivételes tulajdonságaiknak köszönhetően a GO-polimer kompozitok nagy lehetőségeket kínálnak a sokrétű ipari alkalmazásokhoz. (Tolasz et al. 2014)
Mi a redukált grafén-oxid?
A redukált grafén-oxidot (rGO) a grafén-oxid ultrahangos, kémiai vagy termikus redukciójával állítják elő. A redukciós lépés során a grafén-oxid legtöbb oxigénfunkcióját eltávolítják, így a kapott redukált grafén-oxid (rGO) nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint az érintetlen grafén. A redukált grafén-oxid (rGO) azonban tiszta grafénként nem hibátlan és érintetlen.
Irodalom/Hivatkozások
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.