A grafén ultrahangos diszperziója
A grafén kompozitokba történő beépítéséhez elengedhetetlen, hogy a grafént egyetlen nanolemezbe egyenletesen diszpergáljuk vagy hámozzuk a készítmény során. Minél alaposabban deagglomeráljuk a grafént, annál jobban kihasználhatók rendkívüli anyagtulajdonságai. Az ultrahangos diszperzió kiváló részecskeeloszlást és diszperziós stabilitást kínál, még nagy koncentrációk és viszkozitások esetén is. Ez a módszer kiemelkedő diszperziós minőséget biztosít, messze felülmúlva a hagyományos keverési technikákat.
A grafén ultrahangos diszperziója
Ahhoz, hogy a kompozitokat a grafén kiemelkedő tulajdonságaival, például szilárdságával töltsük fel, a grafént egyenletesen diszpergálni kell egy mátrixba, vagy vékonyréteg-bevonatként kell felhordani egy hordozóra. A kapott anyagtulajdonságokat befolyásoló kulcsfontosságú tényezők közé tartozik az agglomeráció, az üledékképződés és a mátrixon belüli diszperzió vagy a részecskék eloszlása a szubsztráton.
A grafén hidrofób jellege miatt kihívást jelent a stabil és erősen koncentrált diszperzió létrehozása felületaktív anyagok vagy diszpergálószerek nélkül. A van der Waals erők leküzdése erős nyíróerőket igényel, amelyek hatékonyan generálhatók ultrahangos kavitációval. Ez a módszer a legkifinomultabb a stabil diszperziók előállításához.
[/one_third_last]
További információ és műszaki részletek a Hielscher ipari szonda típusú szondákról grafén hámlasztásra és diszperzióra itt találhatók:
- UIP1000hdT (1000 watt teljesítményű ultrahang)
- UIP2000hdT (2000 watt teljesítményű ultrahang)
- UIP4000hdT (4000 watt teljesítményű ultrahang)
- UIP6000hdT (6000 watt teljesítmény ultrahang)
- UIP16000hdT (16,000 watt teljesítmény ultrahang)
Minden Hielscher szonikátor lehetővé teszi az összes fontos folyamatparaméter pontos szabályozását, az ultrahangos diszperziós technológia elkerüli a grafén kémiai és kristályszerkezeteinek károsodását – ami érintetlen, hibátlan grafénpelyheket eredményez.
A Hielscher erőteljes ultrahangos készülékei képesek nagy mennyiségben feldolgozni a grafént és a grafitot, pl. folyadékfázisú hámláshoz és grafén diszperzióhoz. A folyamatparaméterek pontos ellenőrzése lehetővé teszi az ultrahangos folyamatok zökkenőmentes méretezését a padról a teljes kereskedelmi termelésre.
Ultrahanggal hámlasztott néhány rétegű grafén kb. 3-4 réteg és kb. mérete 1μm legalább 63 mg / ml koncentrációban (újra) diszpergálható.
- kiváló minőségű grafén
- Nagy áteresztőképesség / magas hozam
- egyenletes diszperzió
- magas koncentráció
- magas viszkozitás
- gyors folyamat
- alacsony költség
- Rendkívül hatékony
- környezetbarát
Ultrahangos homogenizátorok és diszpergáló grafénhez
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos rendszereket biztosít ömlesztett rétegű grafén és grafit hámlasztására és diszpergálására mono-, két- és néhány rétegű grafénbe. Megbízható ultrahangos processzoraik és fejlett reaktoraik biztosítják a szükséges teljesítményt és pontos vezérlést a konkrét folyamatcélok eléréséhez.
Az egyik legfontosabb folyamatparaméter az ultrahangos amplitúdó, amely az ultrahangos kürt rezgési elmozdulása. A Hielscher ipari ultrahangos készülékeket úgy tervezték, hogy nagyon nagy amplitúdókat biztosítsanak, folyamatos működéssel, akár 200μm-ig. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos szondák állnak rendelkezésre. Az összes Hielscher szonikátor folyamatparaméterei pontosan beállíthatók a szükséges folyamatfeltételekhez és beépített szoftverrel ellenőrizhetők, biztosítva a nagy megbízhatóságot, az állandó minőséget és a reprodukálható eredményeket. A Hielscher szonikátorok robusztus kialakítása 24/7 működésre épül igényes környezetben, így az ultrahangos kezelés az előnyben részesített technológia az egy- és néhány rétegű grafén nanolemezek nagyszabású gyártásához.
A Hielscher széles választékát kínálja ultrahangos készülékeknek és kiegészítőknek, beleértve a különböző méretű és geometriájú sonotrodákat és reaktorokat. Ez lehetővé teszi az optimális reakciófeltételek és tényezők, például a reagensek, az ultrahangos energiabevitel térfogatonként, nyomásonként, hőmérsékleten és áramlási sebességen keresztül történő kiválasztását a legmagasabb minőség elérése érdekében. Ultrahangos reaktoraik akár több száz barg nyomás alá is helyezhetők, így a rendkívül viszkózus paszták (akár 250 000 centipoise) szonikálása megvalósítható.
Ezek a képességek az ultrahangos delaminációt, hámlasztást és diszpergálást felülmúlják a hagyományos őrlési és őrlési technikáknál.

A grafén nanolemezkék ultrahangos szintézisének grafikus megjelenítése az UP100H szonikátor segítségével
(Tanulmány és grafika: Ghanem és Rehim, 2018)
Hielscher szonikátorok grafénhez:
- nagy teljesítményű ultrahang
- Nagy nyíróerők
- magas nyomás alkalmazható
- Precíz vezérlés
- Zökkenőmentes méretezhetőség (lineáris)
- Köteg és átfolyás
- reprodukálható eredmények
- megbízhatóság
- Erőteljesség
- magas energiahatékonyság
Tények, amelyeket érdemes tudni
Mi az a grafén?
A grafén egy atom vastagságú szénréteg, amely a grafén egyrétegű vagy 2D szerkezeteként írható le (egyrétegű grafén = SLG). A grafén rendkívül nagy fajlagos felülettel és kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik (Young modulusa 1 TPa és belső szilárdsága 130 GPa), kiváló elektronikus és hővezető képességet, töltéshordozó mobilitást, átláthatóságot kínál, és gázokat áthatolhatatlan. Ezeknek az anyagjellemzőknek köszönhetően a grafént megerősítő adalékanyagként használják, hogy a kompozitok szilárdságát, vezetőképességét stb. Biztosítsák. A grafén más anyagokkal való kombinálása érdekében a grafént diszpergálni kell a vegyületbe, vagy vékonyréteg-bevonatként kell felhordani egy hordozóra.
A grafén nanolemezek diszperziálására gyakran folyékony fázisként használt általános oldószerek közé tartozik a dimetil-szulfoxid (DMSO), az N,N-dimetil-formamid, az N-metil-2-pirrolidon (NMP), a tetrametil-karbamid (TMU, tetrahidrofurán (THF), propilén-karbonátaceton (PC), etanol és formamid.
Lehet-e a grafén vízben diszpergálni?
Igen, a grafén vízben diszpergálható felületaktív anyagokkal, polimerekkel vagy más stabilizáló szerekkel az aggregáció megelőzése és a diszperziós stabilitás fenntartása érdekében. A megbízható diszpergáló berendezések, mint például a szonda típusú szonda szonda szondák, szintén döntő szerepet játszanak a grafén diszperziójában, mivel ultrahangos energiát használnak az agglomerátumok lebontására és a grafén részecskék méretének csökkentésére, elősegítve az egyenletesebb és stabilabb diszperziót a folyékony közegben.
Oldódhat-e a grafén-oxid vízben?
Igen, a grafén-oxid oxigéntartalmú funkcionális csoportjai miatt vízben oldódhat, ami fokozza hidrofilitását és lehetővé teszi, hogy stabil vizes diszperziókat képezzen.
Mi a legjobb oldószer a grafén diszpergálásához?
A grafén diszpergálásának legjobb oldószere az N-metil-2-pirrolidon (NMP), mivel nagy polaritása és a grafénlemezek stabilizálására való képessége miatt egyenletes és stabil diszperziót eredményez.
Miért oldhatatlan a grafén vízben?
A grafén vízben oldhatatlan, mert nincsenek olyan funkcionális csoportjai, amelyek kölcsönhatásba léphetnek a vízmolekulákkal, így hidrofób és hajlamos az aggregációra a grafénlemezek közötti erős van der Waals erők miatt.
Miért használják a grafént kompozitokban?
A grafén vastagsága egy atom a legvékonyabb, súlya kb. 0,77 mg / 1m2 a legkönnyebb, szakítószilárdsága 150 000 000 psi (100-300-szor erősebb, mint az acél) és szakítószilárdsága 130 000 000 000 000 Pascal, a legerősebb ismert anyag.
Továbbá a grafén a legjobb hővezető (szobahőmérsékleten (4,84±0,44) × 103 az (5.30±0.48) × 10-ig3 Sz·m-11· K-1) és a legjobb elektromos vezető (az elektronmobilitás magasabb, mint 15 000 cm2· V-1·s-1).
A grafén másik fontos jellemzője az optikai tulajdonsága, a fehér fény πα≈2,3% -ánál történő fényelnyeléssel és átlátszó megjelenésével.
A grafén mátrixokba történő beépítésével ezek a kiemelkedő anyagjellemzők átvihetők a kapott kompozitba, amely egyedülálló funkciókat kínál. Az ilyen grafénnel megerősített kompozitok új lehetőségeket kínálnak az anyagfejlesztésben és az ipari alkalmazásokban. Jellemzői miatt a grafén és grafén-kompozitok már széles körben elterjedtek a nagy teljesítményű akkumulátorok, szuperkondenzátorok, vezetőképes tinták, bevonatok, fotovoltaikus rendszerek és elektronikus eszközök gyártásában
A Hielscher szonikátorok biztosítják a szükséges nagy nyíróerőket a van der Waals erők leküzdésére annak érdekében, hogy a grafén nanolemezeket egyenletesen elosszák kompozit mátrixokba. Az ultrahangos diszpergálószereket, például az UIP2000hdT vagy a UIP16000 grafén- és grafén-oxiddal erősített nano-kompozitok előállítására használják.
Irodalom/Hivatkozások
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.