Nanoplatelet Graphene Disintesis dan Tersebar melalui Probe-Sonikasi

Nanoplatelet graphene (GNP) dapat disintesis dan disebarkan dengan efisiensi dan keandalan tinggi menggunakan sonikator. Ultrasonikasi intensitas tinggi digunakan untuk mengelupas grafit dan mendapatkan graphene beberapa lapis, sering disebut sebagai nanoplatelet graphene. Sonikasi juga unggul dalam mencapai distribusi nanoplatelet graphene yang sangat baik dalam suspensi rendah dan sangat kental.

Pemrosesan Nanoplatelet Graphene – Hasil Unggul dengan Sonikasi

Untuk pemrosesan nanoplatelet graphene, sonicator tipe probe adalah alat yang paling efisien, andal, dan mudah digunakan. Karena ultrasonikasi dapat diterapkan untuk sintesis, dispersi dan fungsionalisasi nanoplatelet graphene, sonicators digunakan untuk berbagai aplikasi terkait graphene:

• Pengelupasan dan Sintesis Sonikator tipe probe digunakan untuk mengelupas grafit menjadi graphene beberapa lapis atau nanoplatelet graphene. Ultrasonikasi intensitas tinggi mengganggu gaya interlayer dan memecah grafit menjadi lembaran graphene yang lebih kecil.
• Dispersi: Mencapai dispersi seragam nanoplatelet graphene dalam media cair sangat penting untuk semua aplikasi terkait graphene. Sonikator tipe probe dapat membubarkan nanoplatelet secara merata ke seluruh cairan, mencegah aglomerasi dan memastikan suspensi yang stabil.
• Fungsionalisasi: Sonikasi memfasilitasi fungsionalisasi nanoplatelet graphene dengan mempromosikan perlekatan gugus atau molekul fungsional ke permukaannya. Fungsionalisasi ini meningkatkan kompatibilitasnya dengan polimer atau bahan tertentu.

Sintesis Nanoplatelet Graphene melalui Sonikasi

Nanoplatelet graphene dapat disintesis dengan pengelupasan grafit yang dibantu ultrasonik. Oleh karena itu, suspensi grafit disonikasi menggunakan homogenizer ultrasonik tipe probe. Prosedur ini telah diuji dengan konsentrasi padat yang sangat rendah (misalnya 4wt% atau lebih rendah) hingga padat tinggi (misalnya 10wt% atau lebih tinggi).
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Gambar mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi dari lembaran nano graphene yang diperoleh
melalui dispersi fase berair yang dibantu ultrasonik dan metode Hummer.
(Studi dan grafik: Ghanem dan Rehim, 2018)

Apa Perbedaan antara Lembaran Graphene dan Nanoplatelet?

Lembaran graphene dan nanoplatelet graphene keduanya adalah nanomaterial yang terdiri dari graphene, yang merupakan satu lapisan atom karbon yang disusun dalam kisi heksagonal. Kadang-kadang, lembaran graphene dan nanoplatelet graphene digunakan sebagai istilah yang dapat dipertukarkan. Namun secara ilmiah, ada beberapa perbedaan antara nanomaterial graphene ini: Perbedaan utama antara lembaran graphene dan nanoplatelet graphene terletak pada struktur dan ketebalannya. Lembaran graphene terdiri dari satu lapisan atom karbon dan sangat tipis, sedangkan nanoplatelet graphene lebih tebal dan terdiri dari beberapa lapisan graphene yang ditumpuk. Perbedaan struktural ini dapat memengaruhi sifat dan kesesuaiannya untuk aplikasi tertentu. Penggunaan sonicator tipe probe adalah teknik yang sangat efektif dan efisien untuk mensintesis, membubarkan, dan memfungsikan lembaran graphene satu lapis serta nanoplatelet graphene bertumpuk beberapa lapis.

Grafik memvisualisasikan sintesis ultrasonik nanoplatelet graphene menggunakan sonicator UP100H
(Studi dan grafik: Ghanem dan Rehim, 2018)

Dispersi Nanoplatelet Graphene menggunakan Sonikasi

Dispersi seragam nanoplatelet graphene (GNP) sangat penting dalam berbagai aplikasi karena secara langsung berdampak pada sifat dan kinerja bahan atau produk yang dihasilkan. Oleh karena itu, sonicator dipasang untuk dispersi nanoplatelet graphene di berbagai industri. Industri berikut adalah contoh menonjol untuk penggunaan ultrasonografi daya:
 

• Nano-komposit: Nanoplatelet graphene dapat dimasukkan ke dalam berbagai bahan nanokomposit, seperti polimer, untuk meningkatkan sifat mekanik, listrik, dan termalnya. Sonikator tipe probe membantu dalam menyebarkan nanoplatelet secara seragam di dalam matriks polimer, menghasilkan peningkatan kinerja material.
• Elektroda dan Baterai: Nanoplatelet graphene digunakan dalam pengembangan elektroda berkinerja tinggi untuk baterai dan superkapasitor. Sonikasi membantu membuat bahan elektroda berbasis graphene yang tersebar dengan baik dengan luas permukaan yang meningkat, yang meningkatkan kemampuan penyimpanan energi.
• Katalisis: Sonikasi dapat digunakan untuk menyiapkan bahan katalitik berdasarkan nanoplatelet graphene. Dispersi seragam nanopartikel katalitik pada permukaan graphene dapat meningkatkan aktivitas katalitik dalam berbagai reaksi.
• Sensor: Nanoplatelet graphene dapat digunakan dalam fabrikasi sensor untuk berbagai aplikasi, termasuk penginderaan gas, biosensing, dan pemantauan lingkungan. Sonikasi memastikan distribusi homogen nanoplatelet dalam bahan sensor, yang mengarah pada peningkatan sensitivitas dan kinerja.
• Pelapis dan Film: Sonikator tipe probe digunakan untuk menyiapkan pelapis dan film berbasis nanoplatelet graphene untuk aplikasi dalam elektronik, kedirgantaraan, dan pelapis pelindung. Dispersi yang seragam dan adhesi yang tepat pada substrat sangat penting untuk aplikasi ini.
• Aplikasi Biomedis: Dalam aplikasi biomedis, nanoplatelet graphene dapat digunakan untuk pengiriman obat, pencitraan, dan rekayasa jaringan. Sonikasi membantu dalam persiapan nanopartikel dan komposit berbasis graphene yang digunakan dalam aplikasi ini.

Gambar SEM nanoplatelet graphene pada (b) X3000 dan (c) X8000
(Studi dan gambar: ©Alizadeh et al., 2018)

Hasil yang Terbukti Ilmiah untuk Dispersi Nanoplatelet Graphene Ultrasonik

Para ilmuwan telah menggunakan sonikator Hielscher untuk sintesis dan dispersi nanoplatelet graphene dalam berbagai penelitian dan menguji efek ultrasonikasi dengan penuh semangat. Di bawah ini, Anda dapat menemukan beberapa contoh untuk keberhasilan pencampuran nanoplatelet graphene ke dalam campuran yang berbeda seperti bubur berair, resin ekspoi, atau mortar.
 
Prosedur umum untuk dispersi nanoplatelet graphene yang andal dan cepat dan seragam adalah prosedur berikut:
Untuk dispersi, nanoplatelet graphene disonikasi dalam aseton murni menggunakan mixer ultrasonik Hielscher UP400S selama hampir satu jam untuk mencegah aglomerasi lembaran graphene. Aseton benar-benar dihilangkan oleh penguapan. Kemudian, nanoplatelet graphene ditambahkan pada 1 wt% dari sistem epoksi dan disonikasi dalam resin epoksi pada 90W selama 15 menit.
(lih. Cakir et al., 2016)
 
Studi lain menyelidiki penguatan nanofluida berbasis cairan ionik (ionanofluids) dengan menambahkan nanoplatelet graphene. Untuk dispersi yang unggul, campuran nanoplatelet graphene, cairan ionik dan natrium dodecyl benzene sulfonate dihomogenisasi menggunakan sonicator tipe probe Hielscher UP200S selama sekitar 90 menit.
(lih. Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis et al. (2019) melaporkan penggabungan nanoplatelet graphene yang efektif ke dalam mortar. Oleh karena itu, suspensi graphene berair diproduksi dengan penambahan nanoplatelet – pada bobot yang tertulis oleh kandungan target yang diinginkan dalam bahan yang dihasilkan – dalam campuran air keran biasa dan plasticizer dan pengadukan magnetik berikutnya selama 2 menit. Suspensi dihomogenkan oleh ultrasonikasi selama 90 menit pada suhu kamar, menggunakan perangkat Hielscher UP400S (Hielscher Ultrasonics GmbH) yang dilengkapi dengan sonotrode 22mm yang memberikan throughput daya 4500 J / mnt pada frekuensi 24 kHz. Kombinasi spesifik laju energi dan durasi sonikasi ditetapkan sebagai optimal setelah penyelidikan yang cermat tentang efek parameter ultrasonikasi kualitas suspensi.
(lih. Tragazikis et al., 2019)
 
Zainal et al. (2018) menyatakan dalam penelitian mereka bahwa teknik dispersi yang tepat seperti sonikasi memastikan bahwa nanomaterial seperti nanoplatetelet graphene dapat meningkatkan sifat bahan pengisi. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dispersi merupakan salah satu faktor terpenting untuk produksi nanokomposit berkualitas tinggi seperti nat epoksi.

Sonic Kinerja Tinggi untuk Pemrosesan Nanoplatelet Graphene

Hielscher Ultrasonics adalah pemimpin pasar dalam hal ultrasonicator berkinerja tinggi untuk pemrosesan nanomaterial. Sonikator tipe probe Hielscher digunakan di seluruh dunia di laboratorium dan pengaturan industri untuk berbagai aplikasi, termasuk pemrosesan nanoplatelet graphene.
Teknologi canggih, pengerjaan dan teknik Jerman serta pengalaman teknis yang lama menjadikan Hielscher Ultrasonics mitra pilihan Anda untuk aplikasi ultrasonik yang sukses.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Ultrasonicators Hielscher terkenal dengan kualitas dan standar desainnya yang tertinggi. Ketahanan dan pengoperasian yang mudah memungkinkan integrasi ultrasonicator kami ke dalam fasilitas industri. Kondisi kasar dan lingkungan yang menuntut mudah ditangani oleh ultrasonicator Hielscher.

Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan memberikan penekanan khusus pada ultrasonicators berkinerja tinggi yang menampilkan teknologi canggih dan keramahan pengguna. Tentu saja, ultrasonicators Hielscher sesuai dengan CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA dan RoHs.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: