Ջրի ցրվող գրաֆենի ուլտրաձայնային շերտավորում
- Միաշերտ և երկշերտ գրաֆենի նանոթերթերը կարող են արագ արտադրվել ուլտրաձայնային շերտազատման միջոցով՝ բարձր թողունակությամբ և ցածր գնով:
- Ուլտրաձայնային շերտազատված գրաֆենը կարող է ֆունկցիոնալացվել կենսապոլիմերներով՝ ջրի մեջ ցրվող գրաֆեն ստանալու համար:
- Ուլտրաձայնային կավիտացիայի միջոցով սինթեզված գրաֆենը կարող է հետագայում վերամշակվել ջրի վրա հիմնված կայուն դիսպերսիայի մեջ:
Բարձրորակ գրաֆենի ուլտրաձայնային շերտավորում
Ուլտրաձայնային ախտորոշումը հուսալի մեթոդ է գրաֆիտի փաթիլներից կամ մասնիկներից գրաֆենի շերտեր (մոնո, երկշերտ և մի քանի շերտ գրաֆեն) արտադրելու համար: Թեև շերտազերծման այլ սովորական մեթոդները, ինչպիսիք են գնդիկավոր և գլանափաթեթային աղացները կամ բարձր կտրվածքով խառնիչները, կապված են ցածր որակի և ագրեսիվ ռեակտիվների և լուծիչների օգտագործման հետ, ուլտրաձայնային շերտազատման մեթոդը համոզում է իր բարձր որակով, գործընթացի բարձր հզորությամբ և մեղմ մշակման պայմաններով:
Ուլտրաձայնային կավիտացիան ստեղծում է ինտենսիվ կտրող ուժեր, որոնք բաժանում են շարված գրաֆիտի շերտերը մոնո-, երկ- և մի քանի շերտերի առանց թերությունների գրաֆենի:
Ջրով ցրվող գրաֆենի թիթեղներ Sonication-ի միջոցով
Ultrasonication-ը կրկնվող արդյունքներով արդյունավետ պրոցեդուրա է ջրի կամ օրգանական լուծիչների մեջ ածխածնային խողովակները լուծարելու համար:[/caption]Նորմալ պայմաններում գրաֆենը դժվար թե ցրվի ջրի մեջ և ջրային միջավայրում ցրվելիս ձևավորում է ագրեգատներ և ագլոմերատներ: Քանի որ ջրային համակարգերը զգալի առավելություններ ունեն՝ լինելով էժան, ոչ թունավոր, բնապահպանական, ջրի վրա հիմնված գրաֆենի համակարգերը շատ գրավիչ են գրաֆեն արտադրողների և ներքևի արդյունաբերության համար:
Ջրով ցրվող գրաֆենի նանոթերթեր ստանալու համար ուլտրաձայնային շերտազատված գրաֆենը փոփոխվում է պոլիսախարիդներով/բիոպոլիմերներով, ինչպիսիք են՝ պուլուլանը, չիտոզանը, ալգինատը, ժելատինը կամ արաբական մաստակը:
- բարձրորակ գրաֆեն
- բարձր եկամտաբերություն
- ջրի վրա հիմնված դիսպերսիա
- բարձր կոնցենտրացիան
- բարձր արդյունավետություն
- արագ գործընթաց
- ցածր գին
- բարձր թողունակություն
- էկոլոգիապես մաքուր
Ուլտրաձայնային ռեակտոր՝ զոնդի տիպի ուլտրաձայնիչներով՝ արդյունաբերական մասշտաբի գրաֆենի շերտազատման համար
Ուլտրաձայնային օգնությամբ գրաֆիտի ուղղակի շերտազատման արձանագրություն
Ոչ իոնային պուլուլանը և անիոնային ալգինատը (1,0 գ) առանձին լուծվել են 20 մլ թորած ջրի մեջ, մինչդեռ կատիոնային խիտոզանը (0,4 գ) լուծվել է 20 մլ թորած ջրի մեջ 1 wt% քացախաթթուով: Գրաֆիտի փոշին ցրվել է ջրային բիոպոլիմերային լուծույթներում և մշակվել՝ օգտագործելով զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարք UP200S (առավելագույն հզորությունը 200 Վտ, հաճախականությունը 24 կՀց, Hielscher Ultrasonics, Գերմանիա)՝ հագեցած տիտանի սոնոտրոդով (միկրո հուշում S3, ծայրի տրամագիծը՝ 3 մմ, առավելագույն ամպլիտուա): 210 մկմ, ձայնային հզորության խտություն կամ մակերեսային ինտենսիվություն 460 Վտ սմ-2) հետևյալ պայմաններում՝ 0,5 ցիկլ և 50% ամպլիտուդ, համապատասխանաբար 10, 20, 30 և 60 րոպե ժամանակահատվածի համար: Լավագույն արդյունքները ձեռք են բերվել 30 րոպե տեւողությամբ sonication-ում: Sonication-ը կիրառվել է 16,25 Վտ հզորությամբ 30 րոպեի ընթացքում, էներգիայի սպառումով (էներգիայի արտադրությունը մեկ միավորի ծավալով) 731 Վտ մլ-1:
Այնուհետև, խառնուրդները ցենտրիֆուգվել են 1500 ռ/րոպե 60 րոպեի ընթացքում, որպեսզի հեռացնեն գրաֆիտի չշերտված մասնիկները, այնուհետև լվացվեցին 5 անգամ և կրկին ցենտրիֆուգվեցին 5000 ռ/րոպե արագությամբ 20 րոպե՝ ավելորդ կենսապոլիմերները հեռացնելու համար: Ստացված մուգ մոխրագույն լուծույթները չորացվել են վակուումային եղանակով 40ºC ջերմաստիճանում մինչև զանգվածը չկորցնի: Ստացված պոլիմեր-գրաֆենի փոշիները վերացրվեցին ջրի մեջ (1 մգ մլ-1 պուլուլանի և խիտոզանի համար, 0,18 մգ մլ-1 ալգինատի համար) բնութագրման համար: Գրաֆենի թիթեղները, որոնք ստացվել են pullulan-, alginate- և chitosan-ի օգնությամբ ուլտրաձայնային ախտորոշմամբ, նշվել են համապատասխանաբար որպես pull-G, alg-G և chit-G:
Երեք համակարգերից pullulan-ը և chitosan-ն ավելի արդյունավետ էին գրաֆիտի շերտազատման համար, քան ալգինատը: Այս մեթոդից ստացվել են շերտավորված մոնո-, երկշերտ և մի քանի շերտ գրաֆենի թիթեղներ՝ միայն ցածր կողային (եզրերի) թերություններով: Գրաֆենի մակերեսի վրա կենսապոլիմերների կլանումը ապահովում է ջրային դիսպերսիայի երկարատև կայունություն (ավելի քան 6 ամիս):
(տես Unalan et al. 2015 թ.)
Շրջանակների արագընթաց հաջորդականություն (a-ից f), որը ցույց է տալիս ջրի մեջ գրաֆիտի փաթիլի սոնո-մեխանիկական շերտավորումը օգտագործելով UP200S, 200W ultrasonicator 3 մմ sonotrode-ով: Սլաքները ցույց են տալիս ճեղքման (շերտման) տեղը՝ ճեղքվածքը ներթափանցող կավիտացիոն փուչիկներով:
(ուսումնասիրություն և նկարներ. © Tyurnina et al. 2020
pull-G-ի TEM պատկերներ՝ (ա) 10 րոպե; բ) 20 րոպե; գ) 30 րոպե; (դ) 60 րոպե; (ե) chit-G 30 րոպե; (զ) alg-G 30 րոպե: (Unalan et al. 2015)
Ուլտրաձայնային սարքեր գրաֆենի շերտազատման համար
Hielscher բարձր հզորության ուլտրաձայնային պրոցեսորներն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են գրաֆիտի և գրաֆենի հաջող շերտազատման և ցրման համար: Մեր ուլտրաձայնային դիսպերսերները հասանելի են լաբորատորիայից և նստարանից մինչև ամբողջական արդյունաբերական արտադրական միավորներ: Բացի ամրությունից, 24/7 աշխատանքից և ցածր սպասարկումից, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համոզում են մշակման բարձր հեշտությամբ և գծային մասշտաբայնությամբ:
Գործընթացները կարող են հեշտությամբ փորձարկվել և օպտիմիզացվել լաբորատորիայում: Այնուհետև գործընթացի բոլոր արդյունքները կարող են մասշտաբավորվել ամբողջովին գծային՝ մինչև առևտրային արտադրության մակարդակը: Սա բարձրորակ գրաֆենի թիթեղների մեծ ծավալի համար դարձնում է սոնիկացիա արդյունավետ և արդյունավետ արտադրության մեթոդ:
Hielscher Ultrasonics արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ: Համապատասխան ուլտրաձայնային ռեակտորները ապահովում են բարձրորակ գրաֆենի նանոթերթերի հուսալի և անվտանգ զանգվածային արտադրություն, ինչպես նաև կայուն նանոթերթերի դիսպերսիաներ:
Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 աշխատել ծանր պարտականությունների ժամանակ և պահանջկոտ միջավայրերում:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000 |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
2D նանոթերթերի ուլտրաձայնային շերտազատման մեխանիզմ.
(ուսումնասիրություն և գրաֆիկա. Tyurnina et al., 2020)
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
գրաֆեն
Գրաֆենը sp-ի միաշերտ է2- կապված ածխածնի ատոմներ. Գրաֆենն առաջարկում է եզակի նյութական բնութագրեր, ինչպիսիք են արտասովոր մեծ հատուկ մակերեսը (2620 մ2է-1), գերազանց մեխանիկական հատկություններ 1 ՏՊա Յանգի մոդուլով և 130 ԳՊա ներքին ուժով, չափազանց բարձր էլեկտրոնային հաղորդունակությամբ (էլեկտրոնների շարժունակությունը սենյակային ջերմաստիճանում 2,5 × 105 սմ2 Վ-1ս-1), շատ բարձր ջերմահաղորդականություն (3000 Վտ մ Կ–ից բարձր-1), անվանել ամենակարևոր հատկությունները։ Իր գերազանց նյութական հատկությունների շնորհիվ գրաֆենը մեծապես օգտագործվում է բարձր արտադրողականությամբ մարտկոցների, վառելիքի բջիջների, արևային բջիջների, գերկոնդենսատորների, ջրածնի պահեստների, էլեկտրամագնիսական վահանների և էլեկտրոնային սարքերի մշակման և արտադրության մեջ: Ավելին, գրաֆենը ներառված է բազմաթիվ նանոկոմպոզիտների և կոմպոզիտային նյութերի մեջ՝ որպես ամրապնդող հավելում, օրինակ՝ պոլիմերներում, կերամիկայի և մետաղական մատրիցներում: Իր բարձր հաղորդունակության շնորհիվ գրաֆենը հաղորդիչ ներկերի և թանաքների կարևոր բաղադրիչն է։
Արագ և անվտանգ Անթերի գրաֆենի ուլտրաձայնային պատրաստում մեծ ծավալներով ցածր գնով թույլ է տալիս ընդլայնել գրաֆենի կիրառությունները ավելի ու ավելի շատ ոլորտներում:
Գրականություն/Հղումներ
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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 Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.