Hielscher ultrahang technológia

Ultrahangos grafén előkészítés

Grafén

Grafit áll két dimenziós lap sp2-hibridizált, hexagonális elrendezésű szénatomok - a grafén - amelyeket rendszeresen egymásra. A grafén Atom-vékony lapok, amelyek grafitból által nemkötő kölcsönhatások, jellemzi egy extrém nagyobb felület. Grafén mutatja rendkívüli erőt és szilárdságot mentén bazális szint eléri a kb. 1020 GPa szinte szilárdsági érték gyémánt.
Grafén az alapvető szerkezeti eleme bizonyos allotropes beleértve mellett grafit, továbbá a szén nanocsövek és fullerének. Használt adalékanyagként, grafén drámaian növeli az elektromos, fizikai, mechanikai és zárótulajdonságokkal polimer kompozitok rendkívül alacsony terhelés. (Xu, Suslick 2011)
Tulajdonságai révén a grafén a superlatívumok anyaga, és ezáltal ígéretes az olyan iparágak számára, amelyek kompozitokat, bevonatokat vagy mikroelektronikát termelnek. Geim (2009) a következő bekezdésben foglalja össze a grafént szuperanyagként:
"Ez az univerzum legvékonyabb anyaga és a legerősebb valaha mért. A töltőhordozók óriási belső mozgást mutatnak, a legkisebb hatékony tömegűek (nulla) és mikrométer hosszú távolságokat tudnak szállítani, szobahőmérsékleten történő szórás nélkül. A grafén képes fenntartani az aktuális sűrűségeket 6, a réznél magasabb megbízások, a rekord hővezető képesség és a merevség, a gázok számára átjárhatatlan, és összeegyeztethető az olyan ellentétes tulajdonságokkal, mint a törékenység és a hajlékonyság. A grafénben lévő elektron transzportot egy Dirac-szerű egyenlet írja le, amely lehetővé teszi a relativisztikus kvantumfenomének vizsgálatát egy pados-top kísérletben. "
Ezek miatt a kiváló anyagi tulajdonságai, grafén az egyik legígéretesebb anyagok és áll a középpontjában a nanoanyagok kutatás.

Graphene consists in carbon atoms which are arranged in a regular hexagonal pattern. i

Köszönhetően a kiváló anyag szilárdsága és feszességét, a grafén a legígéretesebb anyagok nano tudomány. © 2010AlexanderAIUS CreativeCommons

Információkérés




Jegyezzük fel Adatvédelmi irányelvek.


Nagy teljesítményű ultrahang

Nagy koncentrációjú folyadékok ultrahangozásakor a folyékony közegbe bejutó hanghullámok váltakozó nagynyomású (tömörítési) és alacsony nyomású (ritkítási) ciklusokat eredményeznek, frekvenciától függően. Az alacsony nyomású ciklus alatt a nagy intenzitású ultrahangos hullámok kis vákuum buborékokat vagy üregeket hoznak létre a folyadékban. Amikor a buborékok olyan térfogatot érnek el, amelyen már nem képesek elnyelni az energiát, akkor hevesen összeomlik a nagynyomású ciklus alatt. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. Az implózis során lokálisan magas hőmérsékleteket (kb. 5000K) és nyomást (kb. 2000m) érnek el. Az implosion a kavitációs buborék azt is eredményezi, folyadéksugarak akár 280m / s sebességgel. (Suslick 1998) A ultrahanggal gerjesztett kavitáció okoz kémiai és fizikai hatások, amelyeket alkalmazni lehet a folyamatok.
Kavitáció által kiváltott Sonochemistry egyedülálló kölcsönhatás energia és az anyag, a forró foltok belsejében buborékok a ~ 5000 K, nyomás ~ 1000 bar, fűtési és hűtési sebesség >1010K s-1; E rendkívüli körülmények lehetővé teszik a hozzáférést egy sor kémiai reakció tér általában nem hozzáférhető, amely lehetővé teszi a szintézisét sokféle szokatlan nanoszerkezetű anyagok. (Bang 2010)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

Ultrahangos kavitáció folyékony

Ultrahangos előállítása Grafén

Mivel a grafit rendkívüli jellemzői ismertek, számos előkészítési módszert fejlesztettek ki. A graféngén kémiai termelésétől a grafit-oxidtól több lépcsős folyamatban, amelyekre nagyon erős oxidálószerek és redukálószerek szükségesek. Ezenkívül az e kemény vegyi körülmények között előállított grafén gyakran tartalmaz nagy mennyiségű hibát még a redukálás után is, összehasonlítva a más módszerekkel előállított grafénekkel. Az ultrahang azonban bizonyított alternatívája a magas minőségű grafén előállításához, nagy mennyiségben is. A kutatók az ultrahang használatával némileg eltérő módon fejlődtek, de általában a grafén termelés egy egyszerű, egylépéses folyamat.
Hogy egy példát egy adott grafén termelési útvonalon: Grafit adunk a maradékhoz híg szerves sav, alkohol, és a vizet, majd a keveréket kitéve ultrahangos besugárzással. A sav működik, mint egy “molekuláris ék” amely elválasztja lapok grafén a szülő grafit. Ezzel az egyszerű eljárással, nagy mennyiségű sértetlen, jó minőségű grafén vízben diszpergált jön létre. (An és munkatársai. 2010)

Hielscher covers the full range from compact lab ultrasonicators to bench-top size and full commercial production size systems.

Erőteljes és megbízható ultrahangos berendezés sokrétű alkalmazások, mint például a homogenizálásával, extrakciójával, nano anyag feldolgozása, vagy Sonochemistry.

Grafén Direct Radírozás

Ultrahang lehetővé teszi előállítására graphenes szerves oldószerek, felületaktív anyagok / víz oldatok, vagy ionos folyadékok. Ez azt jelenti, hogy az erős oxidáló vagy redukáló szerekkel lehet kerülni. Stankovich et al. (2007) előállított grafén által hámlás alatt ultrahangos kezeléssel.
Az AFM képek grafén oxid exfoliált az ultrahangos kezelés koncentrációban 1 mg / ml vízben mindig jelenlétét mutatta ki a lapok egyenletes vastagságú (~ 1 nm; például ábrán látható. 1. alább). Ezek a jól rétegesen mintákat grafén-oxid nem tartalmazott lapok sem vastagabb vagy vékonyabb, mint 1 nM, ami a következtetésre, hogy a teljes hámlás grafén oxid egészen az egyes graphene-oxid lapokat valóban elérni ilyen körülmények között. (Stankovich et al., 2007)

Hielscher's High Power Ultrasound Devices are the ideal tool to prepare graphene - both in lab scale as well as in full commercial process streams

Ábra. 1: AFM képe rétegesen GO lemezek három magassági profilok szerzett különböző helyeken (Stankovich et al. 2007)

Előállítása Grafén Sheets

Stengl et al. kimutatták sikeres előállítását tiszta grafén lapok nagy mennyiségben előállítása során a nemsztöchiometriai TiO2 grafén nanokompozit termikus hidrolízise szuszpenzió grafén nanosheets és titán-peroxo komplex. A tiszta grafén nanosheets állítottunk elő természetes grafit nagy intenzitású kavitáció által gerjesztett Hielscher féle ultrahangos processzor UIP1000hd egy nagynyomású ultrahangos reaktor 5 bar. A grafén lapok kapott, nagy fajlagos felülettel és egyedi elektronikus tulajdonságait, lehet használni, mint egy jó támogatja a TiO2, hogy fokozza a fotokatalitikus aktivitást. A kutatócsoport azt állítja, hogy a minősége a ultrahanggal készített grafén sokkal magasabb, mint grafén nyert Hummer módszerrel, ahol a grafit van rétegesen és oxidált. Mivel a fizikai feltételek az ultrahangos reaktorban pontosan szabályozható, és az a feltételezés, hogy a koncentráció a grafén például egy adalék anyagot változik a tartományban 1 – 0.001%, a termelés a grafén egy folyamatos rendszer üzletszerű lehetséges.

Előállítása ultrahangos kezeléssel grafén oxid

Oh és mtsai. (2010) kimutatták, egy készítmény útvonalon ultrahangos besugárzás előállítására grafén-oxid (GO) rétegek. Ezért felfüggesztett huszonöt milligramm grafén-oxid-por 200 ml ionmentes vízben. A keverés akkor kapott inhomogén barna színű szuszpenziót. A kapott szuszpenziókat ultrahanggal kezeljük (30 percig, 1,3 × 105J), és szárítás után (373 K) a ultrahanggal kezeltük grafén oxidot állítunk elő. A FTIR spektroszkópiával azt mutatta, hogy az ultrahangos kezelés nem változtatott a funkciós csoportok grafén-oxid.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

Ábra. 2: SEM képe grafén nanosheets kapott ultrahangos kezeléssel (Oh és mtsai. 2010)

Functionalization grafén lapok

Xu és Suslick (2011) leírják egy kényelmes egylépéses eljárás kidolgozása polisztirol funkcionalizált grafit. A tanulmányukban használták grafítpehelytől és sztirol alapvető nyersanyag. Ultrahang-besugárzással a grafitlemezek a sztirol (reaktív monomer), az ultrahangos besugárzás eredményezte mechanokémiai hámlás grafitpikkelyekből be egyrétegű és néhány-réteg grafén lap. Egyidejűleg a funkcionalizálásoknak grafén lemezek polisztirol láncoknak sikerült elérni.
Ugyanez az eljárás a funkcionalizálás végezhető más vinil-monomerek kompozitok alapuló grafén.

Előállítása Nanoribbons

Hongjie Dai kutatócsoportja és Stanford Egyetem munkatársai technikát találtak a nanorimák készítésére. A grafén szalagok olyan vékony grafit-szalagok, amelyek még hasznosabb tulajdonságokkal rendelkezhetnek, mint a grafén lapok. Körülbelül 10 nm-es szélességűek vagy kisebbek, a grafénszalagok viselkedése hasonló a félvezetőhöz, mint ahogyan az elektronok hosszirányban kényszerülnek. Így érdemes lenne az elektronika elektronikai félvezető funkcióival (pl. Kisebb, gyorsabb számítógépes forgácsokkal) rendelkező nanorombokat használni.
Dai és mtsai. előállítására grafén nanoribbons bázisok két lépésben: először is meglazult a rétegek a grafén a grafit egy hőkezelés 1000ºC egy percig 3% -os hidrogén-argon gáz. Ezután a grafén felbomlott csíkokra ultraszonikálással. A nanoribbons kapott ezzel a technikával jellemzi sokkal „finomabb’ szélek, mint azok, amelyeket hagyományos litográfiái úton. (Jiao és munkatársai. 2009)

Előállítása Carbon Nanoscrolls

Carbon Nanoscrolls hasonló többfalú szén nanocsövek. A különbség, hogy MWCNTs a nyitott tippeket és a teljes hozzáférhetőség a belső felületek más molekulákhoz. Ezeket lehet szintetizálni nedves kémiai úton interkaláló grafit és kálium, hámlasztó vízben és ultrahanggal kezeljük a kolloid szuszpenziót. (Vö Viculis et al., 2003) A ultrasonication segíti a görgetés fel a grafén egyrétegű szén nanoscrolls (lásd az ábrát. 3.). A magas hatásfoka 80% értek el, ami a termelés nanoscrolls érdekes kereskedelmi alkalmazások.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

3. ábra: Ultrahangos szintézise Szén Nanoscrolls (Viculis et al., 2003)

Grafén diszperziók

A grafén és a grafén-oxid diszperziós képessége rendkívül fontos a grafén teljes potenciáljának a sajátosságaihoz való alkalmazására. Ha a grafén nem szabályozott körülmények között diszpergálódik, akkor a grafén diszperzió polidiszperzitása kiszámíthatatlan vagy nem-ideáli viselkedéshez vezethet, miután beépült az eszközökbe, mivel a grafén tulajdonságai a strukturális paraméterek függvényében változhatnak. A Sonication egy bizonyított kezelés, amely gyengíti az egymásba épülő erőket, és lehetővé teszi a fontos feldolgozási paraméterek pontos ellenőrzését.
„A grafén-oxid (GO), amely tipikusan rétegesen, mint az egyrétegű lemez, az egyik fő polidiszperzitás kihívásokat ered variációk az oldalsó területbe a pelyhek. Kimutatták, hogy az átlagos oldalirányú mérete GO eltolható 400 nm és 20 um megváltoztatásával a grafit kiindulási anyag és az ultrahangos kezelés feltételeit.”(Green et al. 2010)
az ultrahangos diszpergáló grafén ami finom és egyenletes kolloid szuszpenzió igazolták a különböző egyéb vizsgálatok. (Liu et al. 2011 / Baba et al. 2011 / Choi et al. 2010)
Zhang és mtsai. (2010) kimutatták, hogy a használata ultrasonication stabil grafén diszperziót magas koncentrációja 1 mg · ml-1 és a viszonylag tiszta grafén lapok elérni, és az AS-előállított grafén lapok mutatnak magas elektromos vezetőképessége 712 S · m-1. Az eredmények a Fourier transzformált infravörös spektrumot és a Raman-spektrumok vizsgálata azt mutatta, hogy az ultrahang-előállítási módszer kevésbé károsítja a kémiai és kristályszerkezetét grafén.

Lehetséges alkalmazások

Biológiai alkalmazások: Az ultrahangos grafénkészítményre és annak biológiai felhasználására vonatkozó példa a Park et al., "Graphene-Gold Nanocomposites Synthesis of Sonochemical Reduction" című közleményében található. (2011), ahol a redukált grafénoxid-ón (Au) nanorészecskékből származó nanokompozitot szintetizálták, egyidejűleg csökkentve az arany ionokat és az arany nanorészecskéket a redukált grafén-oxid felületére egyidejűleg. Az aranyionok redukciójának megkönnyítése és az arany nanorészecskék lecsökkentésére szolgáló oxigénfunkcionális funkciók létrehozása a redukált grafén-oxidon ultrahangos besugárzást alkalmaztak a reagensek keverékére. Az aranykötés-peptid-módosított biomolekulák termelése a grafén és grafén kompozitok ultrahangos besugárzásának potenciálját mutatja. Ezért az ultrahang alkalmas eszköz más biomolekulák előállítására.
Electronics: grafén egy rendkívül funkcionális anyag az elektronikai ágazatban. A nagyfokú mobilitás a töltéshordozók a grafén a rács, a grafén a legnagyobb érdeklődést a fejlesztés gyors elektronikus alkatrészek a nagyfrekvenciás technológiával.
Érzékelők: Az ultrahanggal rétegesen grafén lehet használni a rendkívül érzékeny és szelektív konduktometriás érzékelők (amelynek gyorsan rezisztencia változik >10 000% -ban telített etanol gőzt), és ultracapacitors rendkívül nagy fajlagos kapacitás (120 F / g), a teljesítménysűrűség (105 kW / kg), és az energia sűrűsége (9,2 Wh / kg). (An és munkatársai. 2010)
Alkohol: alkoholnak: A mellékhatások alkalmazás lehet a használat grafén az alkohol előállítása, ott grafén membránok alkalmazhatók eltávozni alkoholt, és hogy ezáltal az alkoholtartalmú italok erősebb.
Mivel a legerősebb, elektromosan vezető, és az egyik a legkönnyebb és legrugalmasabb anyagok, grafén egy ígéretes anyag napelemek, katalízis, átlátható és a gázkibocsátó kijelzők, mikromechanikai rezonátor, tranzisztorok, katódként lítium-levegő elem, a ultraszenzitív kémiai érzékelők , vezetőképes bevonatok valamint a adalékanyagként történő alkalmazása vegyületek.

Kapcsolat / Ajánlatkérés További információk

Beszélj nekünk a feldolgozási követelményeket. Mi ajánljuk a legmegfelelőbb a telepítést és a feldolgozási paraméterek a projekt.





Kérjük, vegye figyelembe Adatvédelmi irányelvek.


Töltse le a teljes cikket PDF itt:
Ultrahanggal segített előkészítése grafén

Irodalom / References

  • Egy, X .; Simmons, T .; Shah, R .; Wolfe, C .; Lewis, K. M .; Washington, M .; Nayak, S. K .; Talapatra, S .; Kar, S. (2010): A stabil vizes diszperziók nem kovalens Funkcionalizált grafén grafitból és multifunkciós nagy teljesítményű alkalmazásokhoz. Nano Letters 10/2010. pp. 4295-4301.
  • Baba, T. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): Megerősített konvektív hőátadás a grafén szétszórt nanofluids. A nanoméretű Research Letters 6: 289, 2011.
  • Bang, J. H .; Suslick, K. S. (2010): Alkalmazások Ultrahang a szintézise nanoszerkezetű anyagok. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
  • Choi, E. Y .; Han, T. H .; Hong, J .; Kim, J. E .; Lee, S. H .; Kim, H. W .; Kim, S. O. (2010): A nem-kovalens funkcionalizálását grafén end-funkciós polimerek. Journal of Materials Chemistry 20/2010 pp. 1907-1912.
  • Geim, A. K. (2009): A grafén: Állapot és kilátások. Tudomány 324/2009. pp. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Green, A. A .; Hersam, M. C. (2010): Emerging előállítására szolgáló eljárások A monodiszperz Grafén diszperziók. Journal of Physical Chemistry Letters 2010. pp. 544-549.
  • Guo, J .; Zhu, S .; Chen, Z .; Li, Y .; Yu, Z .; Liu, Z .; Liu, Q .; Li, J .; Feng, C .; Zhang, D. (2011): Sonochemical szintézise TiO (2 nanorészecskék grafén alkalmazásra fotokatalizátor
  • Hasan, K. ul; Sandberg, M. O .; Nur, O .; Willander, M. (2011): polikation stabilizálása grafén szuszpenziók. A nanoméretű Research Letters 6: 493, 2011.
  • Liu, X .; Pan, L .; Lv, T .; Zhu, G .; Lu, T .; Sun, Z .; Sun, C. (2011): Mikrohullámú támogatott szintézisét TiO2-redukált grafén-oxid keverékek a fotokatalitikus csökkentésére Cr (VI). RSC előleget 2011.
  • Malig, J .; Englert, J. M .; Hirsch, A .; Guldi, D. M. (2011): Nedves Chemistry grafén. Az elektrokémiai Society Interface, 2011 tavaszán pp. 53-56.
  • Ó, W. Ch .; Chen, M. L .; Zhang, K .; Zhang, F. J .; Jang, W. K. (2010): The effect of Thermal és ultrahangos kezelés kialakulását grafén-oxid Nanosheets. Journal of koreai Fizikai Társaság 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
  • Sametband, M .; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): Grafén oxid mikrogömbök előállíthatók egy egyszerű, egylépéses ultrahangos eljárást. New Journal of Chemistry 36/2012. pp. 36-39.
  • Savoskin, M. V .; Mochalin, V. N .; Yaroshenko, A. P .; Lazareva, N. I .; Konstanitinova, T. E .; Baruskov, I. V .; Prokofjev, I. G. (2007): Szén nanoscrolls előállított akceptor-típusú grafit interkalációs vegyületek. Carbon 45/2007. pp. 2797-2800.
  • Stankovich, S .; Dikin, D. A .; Piner, R. D .; Kohlhaas, K. A .; Kleinhammes, A .; Jia, Y .; Wu, Y .; Nguyen, S. T .; Ruoff, R. S. (2007): Synthesis grafén-alapú nanosheets kémiai redukciója révén rétegleválásos grafit-oxid. Carbon 45/2007. pp. 1558-1565.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vláčil, P. (2011): TiO2-grafén nanokompozit mint High Performance fotokatalizátorokkal. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
  • Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, Vol. 26, 517-541.
  • Viculis, L. M .; Mack, J. J .; Kaner, R. B. (2003): A kémiai Route Carbon Nanoscrolls. Tudomány, 299/1361; 2003.
  • Xu, H .; Suslick, K. S. (2011): Sonochemical előállítása funkcionalizált Graphenes. In: Journal of American Chemical Society 133/2011. pp. 9148-9151.
  • Zhang, W .; Azt, W .; Jing, X. (2010): az a stabil grafén diszperziós magas koncentrációjú Ultrahang. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. pp. 10368-10373.
  • Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Diankov, G .; Dai, H. (2009): Keskeny grafén nanoribbons a szén nanocsövek. Nature 458/2009 pp. 877-880.
  • Park, G .; Lee, K. G .; Lee, S. J .; Park, T. J .; Wi, R .; Kim, D. H. (2011): Synthesis grafén-Gold nanokompozitok keresztül Sonochemical Reduction. Journal of nanotudomány és nanotechnológia 7/11, 2011. pp. 6095-6101.
  • Zhang, RQ; De Sakar, A. (2011): Elméleti tanulmányok a képződésről, a tulajdonságok hangolásáról és a grafénszegmensek adszorpciójáról. In: M. Sergey (szerk.): Fizika és alkalmazások a grafén elméletben. InTech 2011. pp. 3-28.