Ուլտրաձայնային գրաֆենի արտադրություն
Գրաֆենի ուլտրաձայնային սինթեզը գրաֆիտի շերտավորման միջոցով ամենահուսալի և շահավետ մեթոդն է արդյունաբերական մասշտաբով բարձրորակ գրաֆենի թիթեղներ արտադրելու համար: Hielscher բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային պրոցեսորները ճշգրիտ կառավարելի են և կարող են շատ բարձր ամպլիտուդներ առաջացնել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Սա թույլ է տալիս հեշտությամբ և չափսերով կառավարելի կերպով պատրաստել մաքուր գրաֆենի մեծ ծավալներ:
Գրաֆենի ուլտրաձայնային պատրաստում
Քանի որ հայտնի են գրաֆիտի արտասովոր բնութագրերը, մշակվել են դրա պատրաստման մի քանի մեթոդներ։ Բացի բազմաստիճան գործընթացներում գրաֆենի օքսիդից գրաֆենի քիմիական արտադրությունից, որի համար անհրաժեշտ են շատ ուժեղ օքսիդացնող և վերականգնող նյութեր։ Բացի այդ, այս դաժան քիմիական պայմաններում պատրաստված գրաֆենը հաճախ պարունակում է մեծ քանակությամբ թերություններ, նույնիսկ կրճատումից հետո, համեմատած այլ մեթոդներով ստացված գրաֆենի հետ: Այնուամենայնիվ, ուլտրաձայնը ապացուցված այլընտրանք է բարձրորակ գրաֆեն արտադրելու համար, ինչպես նաև մեծ քանակությամբ: Հետազոտողները մի փոքր տարբեր եղանակներ են մշակել՝ օգտագործելով ուլտրաձայնը, բայց ընդհանուր առմամբ գրաֆենի արտադրությունը պարզ մեկ փուլով գործընթաց է:
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
UIP2000hdT – 2 կՎտ հզոր ուլտրաձայնային սարք գրաֆենի շերտազատման համար
Ուլտրաձայնային գրաֆենի շերտազատման առավելությունները
Hielscher զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարքերը և ռեակտորները գրաֆենի շերտավորումը վերածում են բարձր արդյունավետ գործընթացի, որն օգտագործվում է գրաֆիտից գրաֆեն արտադրելու համար՝ հզոր ուլտրաձայնային ալիքների կիրառման միջոցով: Այս տեխնիկան մի քանի առավելություններ է տալիս գրաֆենի արտադրության այլ մեթոդների համեմատ։ Ուլտրաձայնային գրաֆենի շերտավորման հիմնական առավելությունները հետևյալն են.
- Բարձր արդյունավետություն. Գրաֆենի շերտազատումը զոնդի տիպի ուլտրաձայնային եղանակով գրաֆենի արտադրության շատ արդյունավետ մեթոդ է: Այն կարող է կարճ ժամանակում արտադրել մեծ քանակությամբ բարձրորակ գրաֆեն։
- Ցածր գին: Արդյունաբերական գրաֆենի արտադրության մեջ ուլտրաձայնային շերտազատման համար անհրաժեշտ սարքավորումները համեմատաբար էժան են գրաֆենի արտադրության այլ մեթոդների համեմատ, ինչպիսիք են քիմիական գոլորշիների նստեցումը (CVD) և մեխանիկական շերտավորումը:
- Մասշտաբայնություն: Ուլտրաձայնային սարքի միջոցով շերտազատող գրաֆենը հեշտությամբ կարելի է մեծացնել գրաֆենի լայնածավալ արտադրության համար: Գրաֆենի ուլտրաձայնային շերտավորումը և ցրումը կարող են իրականացվել ինչպես խմբաքանակով, այնպես էլ շարունակական ներկառուցված գործընթացով: Սա այն կենսունակ տարբերակ է դարձնում արդյունաբերական մասշտաբի ծրագրերի համար:
- Գրաֆենի հատկությունների վերահսկում. Գրաֆենի շերտազատումը և շերտազատումը զոնդային տիպի ուլտրաձայնային եղանակով թույլ է տալիս ճշգրիտ վերահսկել արտադրվող գրաֆենի հատկությունները: Սա ներառում է դրա չափը, հաստությունը և շերտերի քանակը:
- Շրջակա միջավայրի վրա նվազագույն ազդեցություն. Գրաֆենի շերտազատումը ապացուցված ուլտրաձայնային միջոցով գրաֆենի արտադրության կանաչ մեթոդ է, քանի որ այն կարող է օգտագործվել ոչ թունավոր, էկոլոգիապես բարենպաստ լուծիչներով, ինչպիսիք են ջուրը կամ էթանոլը: Սա նշանակում է, որ ուլտրաձայնային գրաֆենի շերտազատումը թույլ է տալիս խուսափել կամ նվազեցնել կոպիտ քիմիական նյութերի կամ բարձր ջերմաստիճանի օգտագործումը: Սա այն դարձնում է էկոլոգիապես մաքուր այլընտրանք գրաֆենի արտադրության այլ մեթոդներին:
Ընդհանուր առմամբ, գրաֆենի շերտազատումը Hielscher զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարքերի և ռեակտորների միջոցով առաջարկում է գրաֆենի արտադրության ծախսարդյունավետ, մասշտաբային և էկոլոգիապես մաքուր մեթոդ՝ ստացված նյութի հատկությունների ճշգրիտ վերահսկմամբ:
Գրաֆենի պարզ արտադրության օրինակ՝ օգտագործելով Sonication
Գրաֆիտը ավելացվում է նոսր օրգանական թթվի, ալկոհոլի և ջրի խառնուրդի մեջ, այնուհետև խառնուրդը ենթարկվում է ուլտրաձայնային ճառագայթման: Թթունն աշխատում է որպես ա “մոլեկուլային սեպ” որը առանձնացնում է գրաֆենի թերթերը մայր գրաֆիտից: Այս պարզ գործընթացի արդյունքում ջրի մեջ ցրված մեծ քանակությամբ չվնասված, բարձրորակ գրաֆեն է ստեղծվում: (An et al. 2010)
Ստացված գրաֆենի նանոթերթերի բարձր լուծաչափի հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակի պատկերներ
Ուլտրաձայնային օգնությամբ ջրային փուլային ցրման և Hummer մեթոդի միջոցով:
(Ուսումնական և գրաֆիկական. Ղանեմ և Ռեհիմ, 2018)
Ուլտրաձայնային գրաֆենի սինթեզի, ցրման և ֆունկցիոնալացման մասին ավելին իմանալու համար սեղմեք այստեղ.
- Գրաֆենի արտադրություն
- Գրաֆենի նանոպլաստիկները
- Ջրի վրա հիմնված գրաֆենի շերտավորում
- ջրով ցրվող գրաֆեն
- գրաֆենի օքսիդ
- xenes
Գրաֆենի ուղղակի շերտավորում
Ուլտրաձայնային հետազոտությունը թույլ է տալիս գրաֆեններ պատրաստել օրգանական լուծիչներում, մակերեսային ակտիվ նյութերի/ջրի լուծույթներում կամ իոնային հեղուկներում: Սա նշանակում է, որ կարելի է խուսափել ուժեղ օքսիդացնող կամ վերականգնող նյութերի օգտագործումից։ Ստանկովիչը և այլք։ (2007) արտադրել է գրաֆեն ուլտրաձայնային ազդեցության տակ շերտազատմամբ:
Գրաֆենի օքսիդի AFM պատկերները, որոնք շերտազատվել են ուլտրաձայնային մշակմամբ, ջրի մեջ 1 մգ/մլ կոնցենտրացիաներում, միշտ բացահայտում են միատեսակ հաստությամբ թիթեղների առկայությունը (~1 նմ; օրինակը ներկայացված է ստորև նկարում): Գրաֆենի օքսիդի այս լավ շերտազատված նմուշները չեն պարունակում 1 նմ-ից ավելի հաստ կամ բարակ թիթեղներ, ինչը հանգեցնում է եզրակացության, որ գրաֆենի օքսիդի ամբողջական շերտավորումը մինչև առանձին գրաֆենի օքսիդի թերթեր իսկապես իրականացվել է այս պայմաններում: (Stankovich et al. 2007 թ.)
Տարբեր վայրերում ձեռք բերված երեք բարձրության պրոֆիլներով շերտավորված GO թերթերի AFM պատկեր
(նկար և ուսումնասիրություն. ©Stankovich et al., 2007)
Գրաֆենի թերթիկների պատրաստում
Stengl et al. ցույց են տվել մաքուր գրաֆենի թիթեղների հաջող պատրաստումը մեծ քանակությամբ ոչ ստոյխիոմետրիկ TiO2 գրաֆենի նանոկոմպոզիտի արտադրության ժամանակ կախոցի ջերմային հիդրոլիզի միջոցով գրաֆենի նանոթերթներով և տիտանիա պերոքսո համալիրով: Մաքուր գրաֆենի նանոթերթերը արտադրվել են բնական գրաֆիտից՝ օգտագործելով բարձր ինտենսիվ կավիտացիայի դաշտ, որը ստեղծվել է Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսոր UIP1000hd-ի կողմից 5 բար ճնշմամբ ուլտրաձայնային ռեակտորում: Ստացված գրաֆենի թիթեղները՝ բարձր հատուկ մակերեսով և եզակի էլեկտրոնային հատկություններով, կարող են օգտագործվել որպես TiO2-ի լավ հենարան՝ ֆոտոկատալիտիկ ակտիվությունը բարձրացնելու համար: Հետազոտական խումբը պնդում է, որ ուլտրաձայնային եղանակով պատրաստված գրաֆենի որակը շատ ավելի բարձր է, քան Hummer-ի մեթոդով ստացված գրաֆենը, որտեղ գրաֆիտը շերտազատվում և օքսիդացվում է։ Քանի որ ուլտրաձայնային ռեակտորում ֆիզիկական պայմանները կարող են ճշգրիտ վերահսկվել և ենթադրելով, որ գրաֆենի կոնցենտրացիան որպես դոպանտ կարող է տատանվել 1-ի սահմաններում: – 0.001%, կոմերցիոն մասշտաբով շարունակական համակարգում գրաֆենի արտադրությունը հեշտությամբ տեղադրվում է: Արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը և ներկառուցված ռեակտորները բարձրորակ գրաֆենի արդյունավետ շերտազատման համար մատչելի են:
Ուլտրաձայնային ռեակտոր գրաֆենի շերտազատման և ցրման համար:
Գրաֆենի օքսիդի ուլտրաձայնային մշակմամբ պատրաստում
Oh et al. (2010 թ.) ցույց են տվել նախապատրաստման ուղին, օգտագործելով ուլտրաձայնային ճառագայթումը, գրաֆենի օքսիդի (GO) շերտեր արտադրելու համար: Հետևաբար, նրանք 200 մլ դեիոնացված ջրի մեջ կասեցրին քսանհինգ միլիգրամ գրաֆեն օքսիդի փոշի: Հարելով ստացան միատարր շագանակագույն կախույթ։ Ստացված կախույթները ձայնագրվել են (30 րոպե, 1,3 × 105 Ջ), և չորացնելուց հետո (373 K ջերմաստիճանում) արտադրվել է ուլտրաձայնային եղանակով մշակված գրաֆենի օքսիդը: FTIR սպեկտրոսկոպիան ցույց է տվել, որ ուլտրաձայնային բուժումը չի փոխել գրաֆենի օքսիդի ֆունկցիոնալ խմբերը:
Ուլտրաձայնային եղանակով ստացված գրաֆենի անաղարտ նանոթերթերի SEM պատկերը (Oh et al., 2010)
Գրաֆենի թերթերի ֆունկցիոնալացում
Xu and Suslick (2011) նկարագրում են պոլիստիրոլի ֆունկցիոնալացված գրաֆիտի պատրաստման հարմար մեկ քայլ մեթոդ: Իրենց ուսումնասիրության ընթացքում նրանք որպես հիմնական հումք օգտագործել են գրաֆիտի փաթիլներ և ստիրոլ: Գրաֆիտի փաթիլները ստիրոլում (ռեակտիվ մոնոմեր) ձայնագրելով՝ ուլտրաձայնային ճառագայթումը հանգեցրեց գրաֆիտի փաթիլների մեխանոքիմիական շերտավորմանը՝ վերածելով միաշերտ և մի քանի շերտ գրաֆենի թիթեղների: Միաժամանակ ձեռք է բերվել գրաֆենի թիթեղների ֆունկցիոնալացումը պոլիստիրոլի շղթաներով։
Ֆունկցիոնալացման նույն գործընթացը կարող է իրականացվել գրաֆենի վրա հիմնված կոմպոզիտների համար այլ վինիլային մոնոմերների հետ:
Արդյունաբերական ուժային ուլտրաձայնային համակարգ արդյունաբերական ներդիր գրաֆենի շերտազատման համար:
Գրաֆենի դիսպերսիաներ
Գրաֆենի և գրաֆենի օքսիդի ցրման աստիճանը չափազանց կարևոր է գրաֆենի ամբողջ ներուժն օգտագործելու համար՝ իր հատուկ բնութագրերով: Եթե գրաֆենը չի ցրվում վերահսկվող պայմաններում, գրաֆենի ցրման բազմակի դիսպերսիան կարող է հանգեցնել անկանխատեսելի կամ ոչ իդեալական վարքի, երբ այն ներառվի սարքերում, քանի որ գրաֆենի հատկությունները տարբերվում են՝ կախված նրա կառուցվածքային պարամետրերից: Sonication-ը ապացուցված բուժում է միջշերտային ուժերը թուլացնելու համար և թույլ է տալիս ճշգրիտ վերահսկել մշակման կարևոր պարամետրերը:
«Գրաֆենի օքսիդի (GO) համար, որը սովորաբար շերտազատվում է որպես միաշերտ թիթեղներ, պոլիդիսպերսիայի հիմնական խնդիրներից մեկն առաջանում է փաթիլների կողային հատվածի տատանումներից: Ցույց է տրվել, որ GO-ի միջին կողային չափը կարող է տեղափոխվել 400 նմ-ից մինչև 20 մկմ՝ փոխելով գրաֆիտի մեկնարկային նյութը և ձայնային արտանետման պայմանները»։ (Green et al. 2010)
Գրաֆենի ուլտրաձայնային ցրումը, որը հանգեցնում է նուրբ և նույնիսկ կոլոիդային ցեխերի, ցուցադրվել է տարբեր այլ հետազոտություններում: (Liu et al. 2011/ Baby et al. 2011/ Choi et al. 2010)
Zhang et al. (2010 թ.) ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային եղանակով ստացվում է գրաֆենի կայուն դիսպերսիա՝ 1 մգ·մլ–1 բարձր կոնցենտրացիայով և համեմատաբար մաքուր գրաֆենի թիթեղներ, իսկ ինչպես պատրաստված գրաֆենի թիթեղները ցուցադրում են բարձր էլեկտրական հաղորդունակություն՝ 712 S·: մ−1. Ֆուրիեի փոխակերպված ինֆրակարմիր սպեկտրների և Ռամանի սպեկտրի հետազոտության արդյունքները ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային պատրաստման մեթոդը ավելի քիչ վնաս է հասցնում գրաֆենի քիմիական և բյուրեղային կառուցվածքներին:
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր գրաֆենի շերտազատման համար
Բարձրորակ գրաֆենի նանո թերթերի արտադրության համար պահանջվում է հուսալի բարձրորակ ուլտրաձայնային սարքավորում: Լայնությունը, ճնշումը և ջերմաստիճանը էական պարամետրեր են, որոնք կարևոր են վերարտադրելիության և արտադրանքի կայուն որակի համար: Hielscher ուլտրաձայնային’ Ուլտրաձայնային պրոցեսորները հզոր և ճշգրիտ կառավարելի համակարգեր են, որոնք թույլ են տալիս ճշգրիտ կարգավորել գործընթացի պարամետրերը և շարունակական բարձր հզորության ուլտրաձայնային ելքը: 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: Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 աշխատել ծանր պարտականությունների ժամանակ և պահանջկոտ միջավայրերում:
Մեր հաճախորդները գոհ են Hielscher Ultrasonics համակարգերի ակնառու ամրությունից և հուսալիությունից: Ծանր կիրառման ոլորտներում տեղադրումը, պահանջկոտ միջավայրերում և 24/7 շահագործման ընթացքում ապահովում են արդյունավետ և խնայող մշակում: Ուլտրաձայնային պրոցեսի ինտենսիվացումը նվազեցնում է մշակման ժամանակը և հասնում է ավելի լավ արդյունքների, այսինքն՝ ավելի բարձր որակ, ավելի բարձր եկամտաբերություն, նորարարական արտադրանք:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 0.5-ից 1.5մլ | ԱԺ | VialTweeter |
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 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 | UIP4000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Ածխածնային նանոսկրերի պատրաստում
Ածխածնային նանոգլալները նման են բազմապատ ածխածնային նանոխողովակներին: MWCNT-ների տարբերությունը բաց ծայրերն է և ներքին մակերեսների ամբողջական հասանելիությունը այլ մոլեկուլների համար: Դրանք կարող են սինթեզվել թաց-քիմիապես՝ գրաֆիտը կալիումի հետ խառնելով, ջրի մեջ շերտազատելով և կոլոիդային կախոցը ձայնավորելով: (տես Viculis et al. 2003 թ.) Ուլտրաձայնացումը օգնում է գրաֆենի մոնաշերտերի ածխածնային նանոսկրերի ոլորմանը (տե՛ս ստորև ներկայացված գրաֆիկը): Ձեռք է բերվել փոխակերպման բարձր արդյունավետություն՝ 80%, ինչը հետաքրքիր է դարձնում նանոգլալների արտադրությունը կոմերցիոն կիրառությունների համար:
Ածխածնի նանոսկոլների ուլտրաձայնային սինթեզ (Viculis et al. 2003)
Նանոժապավենների պատրաստում
Հոնջի Դայի և Սթենֆորդի համալսարանի նրա գործընկերների հետազոտական խումբը գտել է նանոժապավեններ պատրաստելու տեխնիկա։ Գրաֆենի ժապավենները գրաֆենի բարակ շերտեր են, որոնք կարող են ունենալ նույնիսկ ավելի օգտակար հատկություններ, քան գրաֆենի թերթերը: Մոտ 10 նմ կամ ավելի փոքր լայնություններում գրաֆենի ժապավենների վարքը նման է կիսահաղորդչի, քանի որ էլեկտրոնները ստիպված են շարժվել երկայնքով: Այսպիսով, հետաքրքիր կարող է լինել էլեկտրոնիկայի մեջ կիսահաղորդչային ֆունկցիաներով նանոժապավենների օգտագործումը (օրինակ՝ ավելի փոքր, ավելի արագ համակարգչային չիպերի համար):
Դայ և այլք։ Գրաֆենի նանոժապավենի պատրաստում երկու քայլով. նախ՝ նրանք թուլացրել են գրաֆենի շերտերը գրաֆիտից 1000ºC ջերմային մշակման միջոցով մեկ րոպեի ընթացքում 3% ջրածնի մեջ արգոն գազում: Այնուհետև, գրաֆենը բաժանվել է շերտերի, օգտագործելով ուլտրաձայնային մեթոդ: Այս տեխնիկայի միջոցով ստացված նանոժապավենները բնութագրվում են շատ ավելի «հարթով»:’ եզրեր, քան սովորական վիմագրական միջոցներով արվածները։ (Jiao et al. 2009)
Ուլտրաձայնային օգնությամբ գրաֆենի արտադրություն
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ի՞նչ է գրաֆենը:
Գրաֆիտը կազմված է sp2 հիբրիդացված, վեցանկյուն դասավորված ածխածնի ատոմներից՝ գրաֆենից, որոնք կանոնավոր կերպով շարված են: Գրաֆենի ատոմով բարակ թիթեղները, որոնք ստեղծում են գրաֆիտ ոչ կապող փոխազդեցությունների արդյունքում, բնութագրվում են չափազանց մեծ մակերեսով: Գրաֆենը ցույց է տալիս արտասովոր ուժ և ամրություն իր բազալ մակարդակների երկայնքով, որը հասնում է մոտ. 1020 GPa գրեթե ադամանդի ամրության արժեքը:
Գրաֆենը որոշ ալոտրոպների հիմնական կառուցվածքային տարրն է, ներառյալ, գրաֆիտից բացի, նաև ածխածնային նանոխողովակներ և ֆուլերեններ: Որպես հավելում օգտագործվող գրաֆենը կարող է կտրուկ բարելավել պոլիմերային կոմպոզիտների էլեկտրական, ֆիզիկական, մեխանիկական և խոչընդոտող հատկությունները չափազանց ցածր բեռնումների դեպքում: (Xu, Suslick 2011)
Իր հատկություններով գրաֆենը գերազանցության նյութ է և դրանով իսկ խոստումնալից կոմպոզիտներ, ծածկույթներ կամ միկրոէլեկտրոնիկա արտադրող արդյունաբերության համար: Գեյմը (2009) գրաֆենը հակիրճ նկարագրում է որպես գերնյութ հետևյալ պարբերությունում.
«Դա տիեզերքի ամենաբարակ նյութն է և երբևէ չափված ամենաուժեղը: Նրա լիցքակիրները ցուցադրում են հսկա ներքին շարժունակություն, ունեն ամենափոքր արդյունավետ զանգվածը (այն զրոյական է) և կարող են անցնել միկրոմետր երկարություններ առանց սենյակային ջերմաստիճանում ցրվելու: Գրաֆենը կարող է պահպանել հոսանքի խտությունը 6 կարգով ավելի, քան պղնձից, ցույց է տալիս ռեկորդային ջերմային հաղորդունակություն և կոշտություն, անթափանց է գազերի համար և հաշտեցնում է այնպիսի հակասական հատկություններ, ինչպիսիք են փխրունությունն ու ճկունությունը: Էլեկտրոնների փոխադրումը գրաֆենում նկարագրվում է Դիրակի նման հավասարմամբ, որը թույլ է տալիս ուսումնասիրել ռելյատիվիստական քվանտային երևույթները նստարանային փորձի ժամանակ»։
Այս ակնառու նյութական բնութագրերի շնորհիվ գրաֆենը ամենահեռանկարային նյութերից մեկն է և գտնվում է նանոնյութերի հետազոտության ուշադրության կենտրոնում:
Գրաֆենի հնարավոր կիրառությունները
Կենսաբանական կիրառություններ. Ուլտրաձայնային գրաֆենի պատրաստման և դրա կենսաբանական օգտագործման օրինակը տրված է «Գրաֆեն-ոսկու նանոկոմպոզիտների սինթեզը սոնոքիմիական ռեդուկցիայի միջոցով» ուսումնասիրության մեջ, որը կատարել է Park et al. (2011 թ.), որտեղ գրաֆենի օքսիդ-ոսկի (Au) նանոմասնիկներից նանոկոմպոզիտ է սինթեզվել՝ միաժամանակ նվազեցնելով ոսկու իոնները և ոսկու նանոմասնիկներն իջեցնելով գրաֆենի օքսիդի մակերեսին միաժամանակ: Ոսկու իոնների կրճատումը և թթվածնի ֆունկցիոնալության առաջացումը հեշտացնելու համար ոսկու նանոմասնիկները գրաֆենի օքսիդի վրա խարսխելու համար, ուլտրաձայնային ճառագայթումը կիրառվել է ռեակտիվների խառնուրդի վրա: Ոսկու կապող-պեպտիդով ձևափոխված բիոմոլեկուլների արտադրությունը ցույց է տալիս գրաֆենի և գրաֆենի կոմպոզիտների ուլտրաձայնային ճառագայթման ներուժը: Հետևաբար, ուլտրաձայնը կարծես հարմար գործիք է այլ բիոմոլեկուլներ պատրաստելու համար:
Էլեկտրոնիկա. Գրաֆենը բարձր ֆունկցիոնալ նյութ է էլեկտրոնային հատվածի համար: Գրաֆենի ցանցում լիցքակիրների բարձր շարժունակությամբ գրաֆենը ամենաբարձր հետաքրքրությունն է բարձր հաճախականության տեխնոլոգիայի մեջ արագ էլեկտրոնային բաղադրիչների մշակման համար:
Սենսորներ. Ուլտրաձայնային շերտազատված գրաֆենը կարող է օգտագործվել բարձր զգայուն և ընտրովի հաղորդունակության սենսորների արտադրության համար (որոնց դիմադրությունը արագ փոխվում է >10 000% հագեցած էթանոլի գոլորշու մեջ) և ծայրահեղ բարձր հատուկ հզորությամբ (120 Ֆ/գ), հզորության խտությամբ (105 կՎտ/կգ) և էներգիայի խտությամբ (9,2 Վտժ/կգ): (An et al. 2010)
Ալկոհոլ. Ալկոհոլի արտադրության համար. Կողմնակի կիրառումը կարող է լինել գրաֆենի օգտագործումը ալկոհոլի արտադրության մեջ, այնտեղ գրաֆենի թաղանթները կարող են օգտագործվել ալկոհոլը թորելու և դրանով իսկ ալկոհոլային խմիչքներն ավելի ուժեղ դարձնելու համար:
Որպես ամենաուժեղ, ամենաէլեկտրահաղորդիչ և ամենաթեթև և ճկուն նյութերից մեկը՝ գրաֆենը խոստումնալից նյութ է արևային բջիջների, կատալիզի, թափանցիկ և արտանետվող էկրանների, միկրոմեխանիկական ռեզոնատորների, տրանզիստորների համար՝ որպես կաթոդ լիթիում-օդային մարտկոցներում, գերզգայուն քիմիական դետեկտորների համար։ , հաղորդիչ ծածկույթներ, ինչպես նաև միացություններում որպես հավելում օգտագործելը։
Բարձր հզորության ուլտրաձայնի աշխատանքային սկզբունքը
Բարձր ինտենսիվությամբ հեղուկներ հնչյունավորելիս ձայնային ալիքները, որոնք տարածվում են հեղուկ միջավայրում, հանգեցնում են բարձր ճնշման (սեղմման) և ցածր ճնշման (հազվադեպ) ցիկլերի փոփոխման՝ հաճախականությունից կախված արագությամբ: Ցածր ճնշման ցիկլի ընթացքում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները հեղուկում ստեղծում են փոքր վակուումային փուչիկներ կամ դատարկություններ: Երբ փուչիկները հասնում են այնպիսի ծավալի, որով նրանք այլևս չեն կարող էներգիա կլանել, նրանք կատաղի փլուզվում են բարձր ճնշման ցիկլի ընթացքում: Այս երեւույթը կոչվում է կավիտացիա: Պայթյունի ժամանակ տեղական մակարդակում հասնում են շատ բարձր ջերմաստիճաններ (մոտ 5000K) և ճնշում (մոտ 2000ատմ): Կավիտացիոն պղպջակի պայթյունը նաև հանգեցնում է մինչև 280 մ/վ արագությամբ հեղուկ շիթերի: (Suslick 1998) Ուլտրաձայնային ձևով առաջացած կավիտացիան առաջացնում է քիմիական և ֆիզիկական ազդեցություն, որոնք կարող են կիրառվել գործընթացների վրա:
Կավիտացիայի հետևանքով առաջացած սոնոքիմիան ապահովում է էներգիայի և նյութի եզակի փոխազդեցություն՝ պղպջակների ներսում ~5000 K-ի տաք կետերով, ~1000 բար ճնշումներով, տաքացման և հովացման արագությամբ: >1010K s-1; Այս արտասովոր պայմանները թույլ են տալիս մուտք գործել քիմիական ռեակցիաների մի շարք տարածություն, որը սովորաբար անհասանելի է, ինչը թույլ է տալիս սինթեզել անսովոր նանոկառուցվածքային նյութերի լայն տեսականի: (Bang 2010)
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.
- 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.
- Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
- An, X.; Simmons, T.; Shah, R.; Wolfe, C.; Lewis, K. M.; Washington, M.; Nayak, S. K.; Talapatra, S.; Kar, S. (2010): Stable Aqueous Dispersions of Noncovalently Functionalized Graphene from Graphite and their Multifunctional High-Performance Applications. Nano Letters 10/2010. pp. 4295-4301.
- Baby, T. Th.; Ramaprabhu, S. (2011): Enhanced convective heat transfer using graphene dispersed nanofluids. Nanoscale Research Letters 6:289, 2011.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. 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): Noncovalent functionalization of graphene with end-functional polymers. Journal of Materials Chemistry 20/ 2010. pp. 1907-1912.
- Geim, A. K. (2009): Graphene: Status and Prospects. Science 324/2009. pp. 1530-1534.
- Green, A. A.; Hersam, M. C. (2010): Emerging Methods for Producing Monodisperse Graphene Dispersions. 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 synthesis of TiO2 nanoparticles on graphene for use as photocatalyst
- Hasan, K. ul; Sandberg, M. O.; Nur, O.; Willander, M. (2011): Polycation stabilization of graphene suspensions. Nanoscale Research Letters 6:493, 2011.
- Liu, X.; Pan, L.; Lv, T.; Zhu, G.; Lu, T.; Sun, Z.; Sun, C. (2011): Microwave-assisted synthesis of TiO2-reduced graphene oxide composites for the photocatalytic reduction of Cr(VI). RSC Advances 2011.
- Malig, J.; Englert, J. M.; Hirsch, A.; Guldi, D. M. (2011): Wet Chemistry of Graphene. The Electrochemical Society Interface, Spring 2011. pp. 53-56.
- Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): The Effect of Thermal and Ultrasonic Treatment on the Formation of Graphene-oxide Nanosheets. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
- Sametband, M.; Shimanovich, U.; Gedanken, A. (2012): Graphene oxide microspheres prepared by a simple, one-step ultrasonication method. 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.; Prokofiev, I. G. (2007): Carbon nanoscrolls produced from acceptor-type graphite intercalation compounds. 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 of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide. Carbon 45/2007. pp. 1558-1565.
- Viculis, L. M.; Mack, J. J.; Kaner, R. B. (2003): A Chemical Route To Carbon Nanoscrolls. Science, 299/1361; 2003.
- Xu, H.; Suslick, K. S. (2011): Sonochemical Preparation of Functionalized Graphenes. In: Journal of American Chemical Society 133/2011. pp. 9148-9151.
- Zhang, W.; He, W.; Jing, X. (2010): Preparation of a Stable Graphene Dispersion with High Concentration by Ultrasound. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. pp. 10368-10373.
- Jiao, L.; Zhang, L.; Wang, X.; Diankov, G.; Dai, H. (2009): Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes. Nature 458/ 2009. pp. 877-880.
- Park, G.; Lee, K. G.; Lee, S. J.; Park, T. J.; Wi, R.; Kim, D. H. (2011): Synthesis of Graphene-Gold Nanocomposites via Sonochemical Reduction. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7/11, 2011. pp. 6095-6101.
- Zhang, R.Q.; De Sakar, A. (2011): Theoretical Studies on Formation, Property Tuning and Adsorption of Graphene Segments. In: M. Sergey (ed.): Physics and Applications of Graphene – Theory. InTech 2011. pp. 3-28.
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.