Dispersi Ultrasonik untuk Graphene
Untuk memasukkan graphene ke dalam komposit, penting untuk menyebarkan atau mengelupas graphene menjadi lembaran nano tunggal secara seragam di seluruh formulasi. Semakin teliti graphene dideaglomerasi, semakin baik sifat materialnya yang luar biasa dapat dimanfaatkan. Dispersi ultrasonik menawarkan distribusi partikel dan stabilitas dispersi yang unggul, bahkan pada konsentrasi dan viskositas tinggi. Metode ini memberikan kualitas dispersi yang luar biasa, jauh melampaui teknik pencampuran konvensional.
Dispersi Ultrasonik untuk Graphene
Untuk mengilhami komposit dengan karakteristik graphene yang luar biasa, seperti kekuatannya, graphene harus tersebar secara seragam ke dalam matriks atau diaplikasikan sebagai lapisan film tipis ke substrat. Faktor-faktor kunci yang mempengaruhi sifat material yang dihasilkan termasuk aglomerasi, sedimentasi, dan dispersi dalam matriks atau distribusi partikel pada substrat.
Karena sifat hidrofobik graphene, menciptakan dispersi yang stabil dan sangat terkonsentrasi tanpa surfaktan atau dispersan adalah tantangan. Mengatasi gaya van der Waals membutuhkan gaya geser yang kuat, yang dapat dihasilkan secara efektif oleh kavitasi ultrasonik. Metode ini adalah yang paling canggih untuk menyiapkan dispersi yang stabil.
Sonikator industri untuk dispersi graphene throughput tinggi.
Informasi lebih lanjut dan detail teknis tentang sonicator tipe probe industri Hielscher untuk pengelupasan dan dispersi graphene dapat ditemukan di sini:
- UIP1000hdT (USG daya 1000 watt)
- UIP2000hdT (ultrasound daya 2000 watt)
- UIP4000hdT (USG daya 4000 watt)
- UIP6000hdT (USG daya 6000 watt)
- UIP16000hdT (USG daya 16.000 watt)
Semua sonicators Hielscher memungkinkan kontrol yang tepat atas semua parameter proses penting, teknologi dispersi ultrasonik menghindari kerusakan struktur kimia dan kristal graphene – menghasilkan serabut graphene murni dan bebas cacat.
Ultrasonicator Hielscher yang kuat mampu memproses graphene dan grafit dalam volume besar, misalnya untuk pengelupasan fase cair dan dispersi graphene. Kontrol yang tepat atas parameter proses memungkinkan peningkatan proses ultrasonik yang mulus dari bench-top hingga produksi komersial penuh.
Ultrasonically exfoliated beberapa lapisan graphene dengan approx. 3-4 lapisan dan kira-kira. Ukuran 1μm dapat (re-) terdispersi pada konsentrasi paling sedikit 63 mg? mL.
Gambar SEM nanoplatelet graphene pada (b) X3000 dan (c) X8000
- graphene berkualitas tinggi
- throughput tinggi? hasil tinggi
- dispersi yang seragam
- konsentrasi yang tinggi
- viskositas yang tinggi
- proses yang cepat
- biaya yang rendah
- Sangat efisien
- ramah lingkungan
7kW reaktor ultrasonik untuk dispersi graphene
Homogenizer dan Disperser Ultrasonik untuk Graphene
Hielscher Ultrasonics menyediakan sistem ultrasonik berdaya tinggi untuk mengelupas dan menyebarkan graphene dan grafit berlapis massal menjadi graphene mono, bi-, dan beberapa lapis. Prosesor ultrasonik yang andal dan reaktor canggih mereka memberikan daya yang diperlukan dan kontrol yang tepat untuk mencapai tujuan proses tertentu.
Salah satu parameter proses yang paling penting adalah amplitudo ultrasonik, yang merupakan perpindahan getaran pada tanduk ultrasonik. Ultrasonicator industri Hielscher dirancang untuk memberikan amplitudo yang sangat tinggi, dengan operasi terus menerus hingga 200μm. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, probe ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Parameter proses semua sonicator Hielscher dapat disesuaikan dengan kondisi proses yang diperlukan dan dipantau melalui perangkat lunak bawaan, memastikan keandalan tinggi, kualitas yang konsisten, dan hasil yang dapat direproduksi. Desain sonicator Hielscher yang kuat dibangun untuk operasi 24/7 di lingkungan yang menuntut, menjadikan sonikasi teknologi yang disukai untuk produksi skala besar lembaran nano graphene mono dan beberapa lapis.
Hielscher menawarkan berbagai macam ultrasonicator dan aksesori, termasuk sonotrode dan reaktor dengan berbagai ukuran dan geometri. Hal ini memungkinkan pemilihan kondisi dan faktor reaksi yang optimal, seperti reagen, input energi ultrasonik per volume, tekanan, suhu, dan laju aliran, untuk mencapai kualitas tertinggi. Reaktor ultrasonik mereka dapat ditekan hingga beberapa ratus tongkang, membuat sonikasi pasta yang sangat kental (hingga 250.000 centipoise) layak.
Kemampuan ini membuat delaminasi ultrasonik, pengelupasan kulit, dan pendispersi lebih unggul daripada teknik penggilingan dan penggilingan konvensional.
Sonikator Hielscher adalah homogenizer ultrasonik paling canggih di pasaran. Manfaatkan banyak manfaat yang datang dengan sonicator Hielscher!
Grafik memvisualisasikan sintesis ultrasonik nanoplatelet graphene menggunakan sonicator UP100H
Hielscher Sonicators untuk Graphene:
- Ultrasound dengan Kekuatan Besar
- kekuatan shear yang tinggi
- dapat dipakai untuk tekanan yang tinggi
- prngontrolan yang tepat
- skalabilitas yang mulus (linier)
- batch dan flow-through
- Hasil yang dapat digandakan
- handal
- sangat kuat
- Efisiensi energi yang tinggi
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Apa itu Graphene?
Graphene adalah lapisan karbon setebal satu atom, yang dapat digambarkan sebagai struktur graphene satu lapis atau 2D (graphene lapisan tunggal = SLG). Graphene memiliki luas permukaan spesifik yang luar biasa besar dan sifat mekanik yang unggul (modulus Young 1 TPa dan kekuatan intrinsik 130 GPa), menawarkan konduktivitas elektronik dan termal yang hebat, mobilitas pembawa muatan, transparansi, dan kedap terhadap gas. Karena karakteristik material ini, graphene digunakan sebagai aditif penguat untuk memberikan kekuatan, konduktivitas, dll. Untuk menggabungkan karakteristik graphene dengan bahan lain, graphene harus disebarkan ke dalam senyawa atau diterapkan sebagai lapisan film tipis ke substrat.
Pelarut umum, yang sering digunakan sebagai fasa cair untuk menyebarkan nanosheets graphene, meliputi Dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Tetramethylurea (TMU, Tetrahydrofuran (THF) , Propilena karbonataseton (PC), etanol, dan formamida.
Bisakah Graphene Tersebar dalam Air?
Ya, graphene dapat didispersikan dalam air menggunakan surfaktan, polimer, atau zat penstabil lainnya untuk mencegah agregasi dan menjaga stabilitas dispersi. Peralatan pendispersi yang andal seperti sonicators tipe probe juga memainkan peran penting dalam dispersi graphene dengan menggunakan energi ultrasonik untuk memecah aglomerat dan mengurangi ukuran partikel graphene, mempromosikan dispersi yang lebih seragam dan stabil dalam media cair.
Bolehkah Graphene Oxide larut dalam air?
Ya, graphene oxide dapat larut dalam air karena gugus fungsionalnya yang mengandung oksigen, yang meningkatkan hidrofilisitasnya dan memungkinkannya membentuk dispersi berair yang stabil.
Apa Pelarut Terbaik untuk Membubarkan Graphene?
Pelarut terbaik untuk membubarkan graphene adalah N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) karena polaritas dan kemampuannya yang tinggi untuk menstabilkan lembaran graphene, menghasilkan dispersi yang seragam dan stabil.
Mengapa Graphene Tidak Larut dalam Air?
Graphene tidak larut dalam air karena tidak memiliki gugus fungsional yang dapat berinteraksi dengan molekul air, membuatnya hidrofobik dan rentan terhadap agregasi karena gaya van der Waals yang kuat antara lembaran graphene.
Mengapa Graphene digunakan dalam Komposit?
Grafena adalah dengan ketebalan satu atom tertipis, dengan berat sekitar. 0,77 mg per 1m2 yang paling ringan, dan dengan kekakuan tarik 150.000.000 psi (100-300 kali lebih kuat dari baja) dan kekuatan tarik 130.000.000.000 Pascal bahan terkuat yang diketahui.
Selain itu, graphene adalah konduktor termal terbaik (pada suhu kamar dengan (4.84±0.44) × 103 ke (5,30 ± 0,48) × 103 W · m-11 · K-1) Dan konduktor listrik terbaik (mobilitas elektron yang lebih tinggi 15.000 cm2· V-1· S-1).
Karakteristik penting lainnya dari graphene adalah sifat optiknya dengan penyerapan cahaya pada πα≈2.3% cahaya putih, dan penampilannya yang transparan.
Dengan memasukkan graphene ke dalam matriks, karakteristik material yang menonjol dapat ditransfer ke komposit yang dihasilkan, yang menawarkan fungsionalitas unik. Komposit graphene-reinforced tersebut menawarkan kemungkinan baru untuk pengembangan material dan aplikasi industri. Karena karakteristiknya, graphene dan graphene-composites sudah tersebar luas dalam pembuatan baterai berkinerja tinggi, supercapacitors, tinta konduktif, pelapis, sistem fotovoltaik dan perangkat elektronik.
Sonikator Hielscher memberikan gaya geser tinggi yang diperlukan untuk mengatasi gaya van der Waals untuk mendistribusikan lembaran nano graphene secara seragam ke dalam matriks komposit. Disperser ultrasonik seperti UIP2000hdT atau UIP16000 digunakan untuk menghasilkan komposit nano yang diperkuat graphene dan graphene oxide.
Literatur? Referensi
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- 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.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.