Grafena oksida – Pengelupasan dan Dispersi Ultrasonik
Pengelupasan ultrasonik adalah teknik yang banyak digunakan untuk menghasilkan graphene oxide dengan memecah grafit oksida menjadi lembaran graphene tipis, satu atau beberapa lapis. Sonikator Hielscher menciptakan kavitasi akustik yang intens, di mana gelombang ultrasonik padat energi menghasilkan gelembung mikro berenergi tinggi dalam media cair. Gelembung yang runtuh ini menciptakan gaya geser yang memisahkan lapisan oksida grafit, secara efektif mengelupasnya menjadi lembaran nano oksida grafen. Manfaatkan ultrasonik berkinerja tinggi untuk membawa aplikasi berbasis graphene oxide Anda ke tingkat berikutnya!
Pengelupasan Ultrasonik Grafena Oksida
Graphene oxide larut dalam air, amfifik, tidak beracun, biodegradable dan dapat dengan mudah tersebar menjadi koloid yang stabil. Pengelupasan dan dispersi ultrasonik adalah metode yang sangat efisien, cepat dan hemat biaya untuk mensintesis, membubarkan, dan memfungsikan graphene oxide pada skala industri. Dalam pemrosesan hilir, disperser ultrasonik menghasilkan komposit graphene oxide-polymer berkinerja tinggi.
Keuntungan dari pengelupasan ultrasonik
Pengelupasan ultrasonik menawarkan beberapa keunggulan, termasuk kesederhanaan, skalabilitas, dan keramahan lingkungan, karena biasanya tidak memerlukan bahan kimia keras atau pemrosesan yang rumit. Selain itu, ini memungkinkan kontrol yang tepat atas ukuran dan ketebalan lembaran nano graphene oksida, yang penting untuk menyetel sifat-sifatnya dalam berbagai aplikasi.
Sonikator industri UIP16000hdT untuk pengelupasan graphene oxide pada throughput tinggi
Protokol: Pengelupasan Ultrasonik Graphene Oxide
Untuk mengendalikan ukuran nanosheets graphene oxide (GO), metode pengelupasan kulit memainkan faktor kunci. Karena parameter prosesnya yang dapat dikontrol dengan tepat, pengelupasan ultrasonik adalah teknik delaminasi yang paling banyak digunakan untuk produksi graphene berkualitas tinggi dan oksida graphene.
Untuk pengelupasan ultrasonik graphene oksida dari oksida grafit, berbagai protokol tersedia. Temukan protokol teladan untuk pengelupasan graphene oksida ultrasonik di bawah ini:
Bubuk oksida grafit dicampur dalam KOH berair dengan nilai pH 10. Untuk pengelupasan dan dispersi selanjutnya, ultrasonicator tipe probe UP200St (200W) digunakan. Setelah itu, ion K+ melekat pada bidang basal graphene untuk menginduksi proses penuaan. Penuaan dicapai di bawah penguapan putar (2 jam). Untuk menghilangkan ion K+ yang berlebihan, bubuk dicuci dan disentrifugasi beberapa kali.
Campuran yang diperoleh disentrifugasi dan dikeringkan beku, sehingga bubuk oksida graphene yang terdispersi diendapkan.
Persiapan pasta graphene oxide konduktif: Bubuk graphene oxide dapat didispersikan dalam dimethylformamide (DMF) di bawah sonikasi untuk menghasilkan pasta konduktif. (Han et al.2014)
Mekanisme pengelupasan graphene oksida ultrasonik
(Pic .: Potts et al. 2011)
Fungsi Ultrasonik Grafena Oksida
Sonikasi berhasil digunakan untuk menggabungkan graphene oxide (GO) menjadi polimer dan komposit.
Contoh:
- komposit mikrosfer graphene oxide-TiO2
- Komposit oksida polistiren-magnetit-graphene oksida (inti-shell terstruktur)
- Polystyrene mengurangi komposit graphene oxide
- Poliester berlapis nanofiber / graphene oxide (PANI-PS / GO) inti sel komposit
- Polistirena-grafida oksida yang disisipkan
- P-fenilendiamin-4vinilbenzen-polistiren yang dimodifikasi graphene oksida
Ultrasonicator UP400St untuk persiapan dispersi nanoplatelet graphene
Aplikasi Graphene Oxide yang Diproduksi oleh Pengelupasan Ultrasonik
Graphene oxide yang diproduksi melalui pengelupasan ultrasonik memiliki aplikasi yang luas di berbagai bidang. Dalam elektronik, digunakan dalam film dan sensor konduktif fleksibel; Dalam penyimpanan energi, ini meningkatkan kinerja baterai dan superkapasitor. Sifat antibakteri graphene oxide membuatnya berharga dalam aplikasi biomedis, sementara luas permukaan dan gugus fungsionalnya yang tinggi menguntungkan dalam katalisis dan remediasi lingkungan. Secara keseluruhan, pengelupasan ultrasonik memfasilitasi produksi graphene oxide berkualitas tinggi yang efisien untuk digunakan dalam teknologi mutakhir.
Sonic untuk Pemrosesan Graphene dan Graphene Oxide
Hielscher Ultrasonics menawarkan sistem ultrasonik berdaya tinggi untuk pengelupasan, pendispersi, dan pemrosesan graphene dan graphene oxide. Prosesor ultrasonik yang andal dan reaktor canggih memberikan kontrol yang tepat, memungkinkan penyetelan proses ultrasonik ke tujuan yang diinginkan.
Salah satu parameter penting adalah amplitudo ultrasonik, yang menentukan ekspansi dan kontraksi getaran probe ultrasonik. Ultrasonicator industri Hielscher memberikan amplitudo tinggi, hingga 200μm, terus berjalan dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, probe ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Semua prosesor dapat disesuaikan secara tepat dengan kondisi proses dan dipantau melalui perangkat lunak bawaan, memastikan keandalan, kualitas yang konsisten, dan hasil yang dapat direproduksi.
Sonikator Hielscher kuat dan dapat beroperasi terus menerus di lingkungan tugas berat, menjadikan sonikasi teknologi produksi yang disukai untuk graphene skala besar, graphene oksida, dan persiapan bahan grafit.
Berbagai macam produk ultrasonicator dan aksesoris, termasuk sonotrodes dan reaktor dengan berbagai ukuran dan geometri, memungkinkan pemilihan kondisi dan faktor reaksi yang optimal, seperti reagen, input energi ultrasonik, tekanan, suhu, dan laju aliran, untuk mencapai kualitas tertinggi. Reaktor ultrasonik Hielscher bahkan dapat menekan hingga beberapa ratus tongkang, memungkinkan sonikasi pasta yang sangat kental dengan viskositas melebihi 250.000 centipoise.
Delaminasi dan pengelupasan ultrasonik mengungguli teknik konvensional karena faktor-faktor ini.
- kekuatan yang tinggi
- kekuatan shear yang tinggi
- dapat dipakai untuk tekanan yang tinggi
- prngontrolan yang tepat
- skalabilitas yang mulus (linier)
- bisa untuk batch dan kontinu
- Hasil yang dapat digandakan
- handal
- sangat kuat
- Efisiensi energi yang tinggi
Sistem ultrasonik untuk pengelupasan partikel graphene oksida
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang sintesis, dispersi, dan fungsionalisasi graphene ultrasonik, silakan klik di sini:
- Produksi Graphene
- Nanoplatelet Graphene
- Pengelupasan Graphene Berbasis Air
- Graphene yang dapat didispersi air
- Grafena oksida
- xenes
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Ultrasound dan Kavitasi: Bagaimana Grafit Terkelupas menjadi Graphene Oxide menggunakan Sonikasi?
Pengelupasan ultrasonik grafit oksida (GrO) didasarkan pada gaya geser tinggi yang disebabkan oleh kavitasi akustik. Kavitasi akustik muncul karena siklus tekanan tinggi / tekanan rendah yang bergantian, yang dihasilkan oleh penggabungan gelombang ultrasound yang kuat dalam cairan. Selama siklus tekanan rendah terjadi rongga yang sangat kecil atau gelembung vakum, yang tumbuh di atas siklus tekanan rendah bergantian. Ketika gelembung vakum mencapai ukuran di mana mereka tidak dapat menyerap lebih banyak energi, mereka runtuh dengan keras selama siklus tekanan tinggi. Ledakan gelembung menghasilkan gaya geser kavitasi dan gelombang tegangan, suhu ekstrem hingga 6000K, laju pendinginan ekstrem di atas 1010K / s, tekanan sangat tinggi hingga 2000atm, perbedaan tekanan ekstrim serta jet cair dengan kecepatan 1000km / jam (~ 280m / s).
Kekuatan kuat tersebut mempengaruhi tumpukan grafit, yang dilipat menjadi oksida graphene tunggal atau sedikit, dan nanosheets graphene murni.
Apa itu Graphene Oxide?
Graphene oxide (GO) disintesis dengan pengelupasan grafit oksida (GrO). Sementara grafit oksida adalah material 3D yang terdiri dari jutaan lapisan lapisan graphene dengan oksida yang diselingi, graphene oxide adalah graphene mono atau beberapa lapisan yang beroksigen pada kedua sis
Grafena oksida dan graphene berbeda satu sama lain dengan karakteristik sebagai berikut: graphene oxide bersifat polar, sedangkan graphene bersifat nonpolar. Oksida grafena bersifat hidrofilik, sedangkan graphene bersifat hidrofobik.
Ini berarti, graphene oxide dapat larut dalam air, amphiphilic, non-toxic, biodegradable dan membentuk suspensi koloid yang stabil. Permukaan oksida graphene mengandung gugus epoksi, hidroksil, dan karboksil, yang tersedia untuk berinteraksi dengan kation dan anion. Karena struktur hibrida organik dan anorganik yang unik, komposit GO-polimer menawarkan potensi tinggi untuk aplikasi industri manifold. (Tolasz et al., 2014)
Apa itu Graphene Oxide yang Dikurangi?
Mengurangi graphene oxide (rGO) diproduksi dengan reduksi ultrasonik, kimia atau termal dari graphene oxide. Selama tahap reduksi, sebagian besar fungsi oksigen dari oksida graphene dilepaskan sehingga oksida graphene oksida (rGO) yang dihasilkan memiliki karakteristik yang sangat mirip dengan graphene murni. Namun, oksida graphene yang dikurangi (rGO) tidak bebas dari cacat dan murni seperti graphene murni.
Literatur / Referensi
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.