Vízzel diszpergálható grafén ultrahangos hámlása
- Mono- és kétrétegű grafén nanosheets állíthatók elő segítségével gyorsan az ultrahangos hámlás nagy áteresztőképességű és alacsony költséggel.
- Ultrahanggal rétegesen grafén lehet funkcionalizált biopolimerekkel annak érdekében, hogy a vízben diszpergálható grafén.
- Ultrahangos kavitáció, a szintetizált grafén tovább lehet feldolgozni egy stabil, vizes alapú diszperzió.
Ultrahangos rétegpikkelyező Kiváló minőségű grafén
Ultrasonication egy megbízható módszer, hogy készítsen grafitrétegek (mono-, bi- és néhány-réteg grafén) grafitból, részecskéket. Míg más közös hámlás technikákat, mint például ball- és tekercs malmok vagy nagy nyírású keverők kapcsolódnak az alacsony minőségű, és a használata agresszív reagensek és oldószerek, az ultrahangos hámlás módszert meggyőző a kiváló minőségű nyomatokat, nagy eljárás kapacitását, és enyhe feldolgozási körülmények között.
Az ultrahangos kavitáció intenzív nyíróerőket hoz létre, amelyek elválasztják a halmozott grafit rétegeket mono-, két- és néhány hibamentes grafénrétegre.
Vízben diszpergálható grafén lemezek szonikálással
Az ultrahangos kezelés hatékony eljárás, megismételhető eredményekkel, hogy kibontsa a szénnanocsöveket vízben vagy szerves oldószerekben. [/caption] Normál körülmények között a grafén alig diszpergálható vízben, és vizes közegben diszpergálva aggregátumokat és agglomerátumokat képez. Mivel a vizes rendszerek jelentős előnye, hogy olcsóak, a nem mérgező, környezetbarát, vízalapú grafén rendszerek rendkívül vonzóak a graféngyártók és a feldolgozóipar számára.
Annak érdekében, hogy vízben diszpergálható grafén nanosheets, a ultrahanggal rétegesen grafén van módosítva poliszacharidok / biopolimerek, mint például a pullulán, kitozán, alginát, zselatin, vagy gumiarábikum.
- magas minőségű grafén
- magas hozam
- vízbázisú diszperziós
- nagy koncentrációban
- magas hatásfok
- gyors folyamat,
- alacsony költségű
- nagy áteresztőképességű
- környezetbarát
Ultrahangos reaktor szonda típusú ultrahangos készülékekkel ipari méretű grafén hámlasztáshoz
A grafit közvetlen hámlasztásának protokollja ultrahanggal
A nem ionos pullulánt és az anionos alginátot (1,0 g) külön-külön feloldottuk 20 ml desztillált vízben, míg a kationos kitozánt (0,4 g) 20 ml desztillált vízben oldottuk 1 tömeg% ecetsavval. A grafitport diszpergáltuk a vizes biopolimer oldatokban, és szonda típusú ultrahangos készülékkel kezeltük UP200S (maximális teljesítmény 200 W, frekvencia 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Németország), titán sonotrode (mikro csúcs S3, csúcsátmérő 3 mm, maximális amplitúdó 210μm, akusztikus teljesítménysűrűség vagy felületi intenzitás 460 W cm-2) a következő feltételek mellett: 0,5 ciklus és 50% amplitúdó, 10, 20, 30 és 60 percig. A legjobb eredményeket 30 perces ultrahangos kezelés során kaptuk. Az ultrahangos kezelést 16,25 W teljesítményen alkalmaztuk 30 percig, energiafogyasztással (energiateljesítmény egységnyi térfogatra) 731 Ws ml-1.
Ezt követően a keverékeket 1500 fordulat / perc sebességgel 60 percig centrifugálták a hámlasztatlan grafit részecskék eltávolítása érdekében, majd 5-ször mosták, majd ismét centrifugálták 5000 fordulat / perc sebességgel 20 percig, hogy eltávolítsák a felesleges biopolimereket. Az így kapott sötétszürke oldatokat vákuumban 40 °C-on szárítottuk, amíg tömegveszteség nem következett be. A kapott polimer-grafén porokat vízben újra diszpergáltuk (1 mg ml-1 pullulánra és kitozánra, 0,18 mg ml-1 alginátra) jellemzésre. A pullulán-, alginát- és kitozán-segített ultrahangozással nyert grafénlemezeket pull-G, alg-G és chit-G néven jeleztük.
Ki a három rendszer, pullulán és kitozán hatékonyabb volt a hámlás grafit, mint alginát. Ez a módszer így rétegesen mono-, bi-, és néhány rétegű grafén lemezek csak alacsony oldalirányú (élek) hibák. Az adszorpciós biopolimerek a grafén felületén mindamellett hosszan tartó stabilitását (több mint 6 hónap) a vizes diszperzió.
(vö. Unalan et al. 2015)
A képkockák nagy sebességű sorozata (a-tól f-ig), amely illusztrálja a grafitpehely vízben történő szonomechanikus hámlását az UP200S, egy 200 W-os ultrahangos készülék 3 mm-es sonotrode-val. A nyilak a hasítás (hámlás) helyét mutatják a hasításba behatoló kavitációs buborékokkal.
(tanulmány és képek: © Tyurnina et al. 2020
TEM képek pull-G: (a) 10 perc; (B) 20 perc; (C) 30 perc; (D) 60 perc; (E) chit-G 30 percig; (F) ALG-G 30 percig. (Unalan et al. 2015)
Ultrahangos készülékek grafén hámláshoz
A Hielscher nagy teljesítményű ultrahangos processzorokat világszerte használják a grafit és a grafén sikeres hámlasztására és diszperziójára. Ultrahangos diszpergálószereink laboratóriumi és asztali számítógépektől a teljes ipari termelési egységekig kaphatók. A robusztusság, a 24/7 működés és az alacsony karbantartás mellett a Hielscher ultrasonicators meggyőzi a nagy könnyű feldolgozást és a lineáris méretezhetőséget.
Folyamatok könnyen vizsgálni és optimalizálni a laborban. Ezután minden folyamat eredménye lehet méretezni teljesen lineáris a kereskedelmi termelés szintje. Ez teszi ultrahanggal hatásos és hatékony gyártási eljárás nagy mennyiségű magas minőségű grafén lapok.
Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorok képesek szállítani nagyon nagy amplitúdó. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. A megfelelő ultrahangos reaktorok biztosítják a kiváló minőségű grafén nanolemezek megbízható és biztonságos tömeggyártását, valamint a stabil nanolemez diszperziókat.
A robusztus Hielscher féle ultrahangos berendezés lehetővé teszi a 24/7 működésre nehéz és igényes környezetben.
Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 10-2000 ml | 20-400 ml / perc | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1-20L | 02 - 4 L / perc | UIP2000hdT |
| 10-100 liter | 2 - 10 l / perc | UIP4000 |
| na | 10 - 100 l / perc | UIP16000 |
| na | nagyobb | klaszter UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezz minket!
A 2D nanolemezek ultrahangos hámlasztásának mechanizmusa.
(tanulmány és grafika: Tyurnina et al., 2020)
Tudni érdemes
Grafén
Grafén egyrétegű SP2-kötött szénatomos. Grafén egyedülálló anyag jellemzői, mint egy rendkívüli nagy fajlagos felülete (2620 m2g-1), Kiváló mechanikai jellemzők mellett a Young-modulusa 1 tPA és belső szilárdsága 130 GPa, a rendkívül magas elektronikus vezetőképesség (szoba-hőmérsékletű elektron mobilitása 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), Nagyon magas hővezető (a fenti 3000 W m K-1), Megnevezni a legfontosabb tulajdonságait. Köszönhetően kiváló anyag tulajdonságait, grafén erősen használt a fejlesztése és gyártása nagy teljesítményű akkumulátorok, üzemanyagcellák, napelemek, szuperkapacitás, hidrogén-tárolók, elektromágneses pajzsok és elektronikus eszközök. Továbbá, grafén beépül sok nanokompozitok és kompozit anyagok, mint erősítő adalékanyagként, például a polimerek, kerámiák és fém mátrixok. Köszönhetően nagy vezetőképességű, grafén fontos eleme a vezetőképes festékek és tinták.
A gyors és biztonságos ultrahangos előállítását hibamentes grafén A nagy mennyiségű, alacsony költségek lehetővé bővítésére alkalmazások grafén, hogy egyre több és több iparágban.
Irodalom / References
- 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.
- 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.
- 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.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
Hielscher Ultrahang gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok Labor nak nek ipari méretben.