Ջրի վրա հիմնված գրաֆենի շերտավորում
Ուլտրաձայնային շերտազատումը թույլ է տալիս արտադրել մի քանի շերտ գրաֆեն՝ առանց կոշտ լուծիչների օգտագործման՝ օգտագործելով միայն մաքուր ջուր: Բարձր հզորության ձայնային ազդեցությունը կարճ մշակման ընթացքում շերտազատում է գրաֆենի թիթեղները: Լուծիչներից խուսափելը գրաֆենի շերտավորումը վերածում է կանաչ, կայուն գործընթացի:
Գրաֆենի արտադրություն հեղուկ փուլային շերտազատման միջոցով
Գրաֆենը կոմերցիոն արտադրության մեջ է, այսպես կոչված, հեղուկ փուլային շերտավորման միջոցով: Գրաֆենի հեղուկ փուլային շերտազատումը պահանջում է թունավոր, էկոլոգիապես վնասակար և թանկարժեք լուծիչներ, որոնք օգտագործվում են որպես քիմիական նախնական մշակում կամ մեխանիկական ցրման տեխնիկայի հետ/հետ միասին: Գրաֆենի թերթերի մեխանիկական ցրման համար ուլտրաձայնայինացումը հաստատվել է որպես բարձրորակ, արդյունավետ և անվտանգ տեխնիկա՝ ամբողջությամբ արդյունաբերական մակարդակում մեծ քանակությամբ բարձրորակ գրաֆենի թիթեղներ արտադրելու համար: Քանի որ կոշտ լուծիչների օգտագործումը միշտ ուղեկցվում է ծախսերով, աղտոտմամբ, բարդ հեռացմամբ և հեռացմամբ, անվտանգության հետ կապված խնդիրներով, ինչպես նաև շրջակա միջավայրի բեռով, ոչ թունավոր և անվտանգ այլընտրանքը զգալիորեն ձեռնտու է: Գրաֆենի շերտազատումը ջրի միջոցով որպես լուծիչ և ուժային ուլտրաձայնային հետազոտություն՝ գրաֆենի մի քանի շերտերի մեխանիկական շերտազատման համար, հետևաբար, շատ խոստումնալից տեխնիկա է կանաչ գրաֆենի արտադրության համար:
Ընդհանուր լուծիչները, որոնք հաճախ օգտագործվում են որպես հեղուկ փուլ գրաֆենի նանոթերթերը ցրելու համար, ներառում են դիմեթիլ սուլֆօքսիդ (DMSO), N, N-դիմեթիլֆորմամիդ (DMF), N-մեթիլ-2-պիրոլիդոն (NMP), տետրամեթիլուրեա (TMU), տետրահիդրոֆուրան (THF): ), պրոպիլեն կարբոնատացետոն (PC), էթանոլ և ֆորմամիդ։
Որպես կոմերցիոն մասշտաբով գրաֆենի շերտազատման արդեն երկարաժամկետ հաստատված տեխնիկա՝ ուլտրաձայնային ախտահանումը թույլ է տալիս ցածր գնով արտադրել բարձր մաքրության բարձրորակ գրաֆեն: Քանի որ ուլտրաձայնային գրաֆենի շերտավորումը կարող է ամբողջությամբ գծային մասշտաբավորվել ցանկացած ծավալով, բարձրորակ գրաֆենի փաթիլների արտադրական եկամտաբերությունը հեշտությամբ կարող է իրականացվել գրաֆենի զանգվածային արտադրության համար:
UIP2000hdT-ը 2 կՎտ հզորությամբ ուլտրաձայնային ցրիչ է գրաֆենի շերտազատման և ցրման համար:
Գրաֆենի ուլտրաձայնային շերտավորում ջրում
Tyurnina et al. (2020) ուսումնասիրել է ամպլիտուդի և ձայնային ինտենսիվության ազդեցությունը մաքուր ջրի-գրաֆիտի լուծույթների և արդյունքում գրաֆենի շերտազատման վրա: Ուսումնասիրության ընթացքում նրանք օգտագործել են Hielscher UP200S (200W, 24kHz): Ջրի միջոցով ուլտրաձայնային շերտավորումը կիրառվել է որպես մեկ փուլային գործընթաց գրաֆենի մի քանի շերտերի շերտազատման համար: 2 ժամ տևողությամբ կարճ բուժումը բավարար էր մի քանի շերտով գրաֆեն արտադրելու համար բաց բաժակի ձայնային ապարատում:
Շրջանակների արագընթաց հաջորդականություն (a-ից f), որը ցույց է տալիս ջրի մեջ գրաֆիտի փաթիլի սոնո-մեխանիկական շերտավորումը օգտագործելով UP200s-ը, 24 կՀց ուլտրաձայնային սարքը 3 մմ սոնոտրոդով: Սլաքները ցույց են տալիս ճեղքման (շերտման) տեղը՝ ճեղքվածքը ներթափանցող կավիտացիոն փուչիկներով:
© Tyurnina et al., 2020
Ուլտրաձայնային գրաֆենի շերտազատման օպտիմիզացում
Ուլտրաձայնային կարգավորումը, որն օգտագործվում է Tyurnina et al. (2020) կարելի է հեշտությամբ օպտիմիզացնել ավելի արդյունավետության և ավելի արագ շերտազատման համար՝ օգտագործելով փակ ուլտրաձայնային ռեակտորը հոսքի ռեժիմում: Ուլտրաձայնային ներդիրային բուժումը թույլ է տալիս զգալիորեն ավելի միատեսակ ուլտրաձայնային մշակում բոլոր գրաֆիտի հումքի համար. գրաֆիտի/ջրի լուծույթը ուղղակիորեն սնուցելով ուլտրաձայնային կավիտացիայի սահմանափակ տարածության մեջ, ամբողջ գրաֆիտը դառնում է միատեսակ հնչյունավորում, ինչը հանգեցնում է բարձրորակ գրաֆենի փաթիլների բարձր բերքատվության:
Hielscher Ultrasonics համակարգերը թույլ են տալիս ճշգրիտ վերահսկել մշակման բոլոր կարևոր պարամետրերը, ինչպիսիք են ամպլիտուդը, ժամանակը / պահպանումը, էներգիայի մուտքագրումը (Ws/mL), ճնշումը և ջերմաստիճանը: Օպտիմալ ուլտրաձայնային պարամետրերի սահմանումը հանգեցնում է ամենաբարձր եկամտաբերության, որակի և ընդհանուր արդյունավետության:
Ինչպե՞ս է Ուլտրաձայնային հետազոտությունը նպաստում գրաֆենի շերտազատմանը
Երբ բարձր հզորության ուլտրաձայնային ալիքները միացվում են գրաֆիտի փոշու և ջրի կամ որևէ լուծիչի ցեխի մեջ, սոնոմեխանիկական ուժերը, ինչպիսիք են բարձր կտրվածքը, ինտենսիվ տուրբուլենտները և բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի տարբերությունները, ստեղծում են էներգիայի ինտենսիվ պայմաններ: Այս էներգիայի ինտենսիվ պայմանները ակուստիկ կավիտացիայի երեւույթի արդյունք են։
Կարդացեք ավելին ուլտրաձայնային կավիտացիայի մասին այստեղ:
Հզոր ուլտրաձայնը սկսում է գրաֆիտի փոշու ընդլայնումը, քանի որ հեղուկները սեղմվում են գրաֆենի շերտերի միջև, որոնցից կազմված է գրաֆիտը: Ուլտրաձայնային կտրող ուժերը շերտազատում են գրաֆենի առանձին թերթերը և ցրում դրանք որպես գրաֆենի փաթիլներ լուծույթում: Ջրի մեջ գրաֆենի երկարատև կայունություն ստանալու համար անհրաժեշտ է մակերեսային ակտիվ նյութ:
Գրաֆենի շերտազատման ուլտրաձայնային հեղուկ փուլային շերտավորման մեխանիզմը.
Ուսումնասիրություն և նկար Տյուրնինայի և այլոց կողմից, 2021 թ.
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր գրաֆենի շերտազատման համար
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի խելացի առանձնահատկությունները նախագծված են երաշխավորելու հուսալի աշխատանքը, վերարտադրվող արդյունքները և օգտագործողի համար հարմարավետությունը: Գործառնական կարգավորումները կարելի է հեշտությամբ մուտք գործել և հավաքել ինտուիտիվ մենյուի միջոցով, որը կարելի է մուտք գործել թվային գունավոր սենսորային էկրանի և դիտարկիչի հեռակառավարման միջոցով: Հետևաբար, մշակման բոլոր պայմանները, ինչպիսիք են զուտ էներգիան, ընդհանուր էներգիան, ամպլիտուդը, ժամանակը, ճնշումը և ջերմաստիճանը, ավտոմատ կերպով գրանցվում են ներկառուցված SD քարտի վրա: Սա թույլ է տալիս վերանայել և համեմատել նախորդ ձայնային փորձարկումները և օպտիմալացնել գրաֆենի շերտազատման գործընթացը առավելագույն արդյունավետությամբ:
Hielscher Ultrasonics համակարգերն օգտագործվում են ամբողջ աշխարհում բարձրորակ գրաֆենի թիթեղների և գրաֆենի օքսիդների արտադրության համար: Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են հեշտությամբ գործարկել բարձր ամպլիտուդներ շարունակական շահագործման մեջ (24/7/365): Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար ստեղծվել ստանդարտ սոնոտրոդներով (ուլտրաձայնային զոնդեր / շչակներ և կասկատրոդներՏՄ) Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ: Շնորհիվ իրենց ամրության և ցածր պահպանման՝ մեր ուլտրաձայնային շերտազատման համակարգերը սովորաբար տեղադրվում են ծանր աշխատանքային ծրագրերի և պահանջկոտ միջավայրերում:
Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորները գրաֆենի շերտազատման համար արդեն տեղադրված են ամբողջ աշխարհում կոմերցիոն մասշտաբով: Կապվեք մեզ հետ հիմա՝ քննարկելու ձեր գրաֆենի արտադրության գործընթացը: Մեր փորձառու անձնակազմը ուրախ կլինի ավելի շատ տեղեկություններ հաղորդել շերտազատման գործընթացի, ուլտրաձայնային համակարգերի և գնագոյացման վերաբերյալ:
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
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 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:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբով կիրառական կիրառությունների խառնուրդի, ցրման, էմուլսացման և արդյունահանման համար:
Գրականություն / Հղումներ
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- 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.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ի՞նչ է գրաֆենը:
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։
Անթերի գրաֆենի արագ և անվտանգ ուլտրաձայնային պատրաստումը մեծ ծավալներով ցածր գնով թույլ է տալիս ընդլայնել գրաֆենի կիրառությունները ավելի ու ավելի շատ ոլորտներում:
Գրաֆենը ածխածնի մեկ ատոմ հաստությամբ շերտ է, որը կարելի է բնութագրել որպես գրաֆենի միաշերտ կամ 2D կառուցվածք (միաշերտ գրաֆեն = SLG): Գրաֆենն ունի անսովոր մեծ հատուկ մակերես և գերազանց մեխանիկական հատկություններ (Յանգի մոդուլը 1 ՏՊա և ներքին ուժը 130 ԳՊա), ապահովում է մեծ էլեկտրոնային և ջերմային հաղորդունակություն, լիցքավորող կրիչի շարժունակություն, թափանցիկություն և անթափանց գազերի համար: Այս նյութական բնութագրերի շնորհիվ գրաֆենը օգտագործվում է որպես ամրապնդող հավելում՝ կոմպոզիտներին տալով իրենց ամրությունը, հաղորդունակությունը և այլն: Գրաֆենի բնութագրերը այլ նյութերի հետ համատեղելու համար գրաֆենը պետք է ցրվի միացության մեջ կամ կիրառվի որպես բարակ թաղանթով ծածկույթ։ սուբստրատի վրա:
Բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային սարքավորումներ: Hielscher-ի արտադրանքի տեսականին ընդգրկում է ամբողջ սպեկտրը՝ սկսած կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքից մինչև նստարանային սարքերի վրա տեղադրված լիարժեք արդյունաբերական ուլտրաձայնային համակարգեր: