Ultrasonic Exfoliation dari Water-Dispersible Graphene

  • Mono dan bi-layer graphene nanosheets dapat diproduksi dengan cepat melalui pengelupasan ultrasonik dengan throughput yang tinggi dan dengan biaya rendah.
  • Ultrasonikasi exfoliated graphene dapat difungsikan dengan biopolimer untuk mendapatkan graphene yang dapat terdispersi air.
  • Dengan kavitasi ultrasonik, graphene tersintesis dapat diproses lebih lanjut menjadi dispersi berbasis air yang stabil.

Ultrasonic Exfoliation dari High-Quality Graphene

Ultrasonication adalah metode yang andal untuk menghasilkan lapisan graphene (graphene mono, bi- dan beberapa lapisan) dari serpihan grafit atau partikel. Sementara teknik pengelupasan umum lainnya seperti penggilingan ball-and roll mills atau high-shear mixer terkait dengan kualitas rendah dan penggunaan pereaksi dan pelarut yang agresif, metode pengelupasan ultrasonik menyakinkan oleh outputnya yang berkualitas tinggi, kapasitas proses tinggi dan kondisi pemrosesan yang ringan.
Kavitasi ultrasonik menciptakan gaya geser yang intens, yang memisahkan lapisan grafit yang ditumpuk menjadi mono, dua dan beberapa lapisan graphene bebas cacat.

Lembaran graphene yang dapat terdispersi dalam air melalui sonikasi

Sonikasi menggunakan probe ultrasonik adalah metode yang efisien untuk mengelupas nanosheets graphene monolayer dan membubarkannya secara seragam. Fungsionalisasi ultrasonik memungkinkan untuk menghasilkan graphene yang dapat terdispersi dalam air.Ultrasonication adalah prosedur yang efektif dengan hasil berulang untuk menguraikan carbonnanotubes dalam air atau pelarut organik. [/keterangan] Dalam kondisi normal, graphene hampir tidak dapat terdispersi dalam air dan membentuk agregat dan menggumpal ketika tersebar dalam media berair. Karena sistem berair memiliki keuntungan signifikan karena murah, tidak beracun, ramah lingkungan, sistem graphene berbasis air sangat menarik bagi produsen graphene dan industri hilir.
Untuk mendapatkan water-dispersable graphene nanosheets, graphene pengelupasan ultrasonik dimodifikasi dengan polisakarida / biopolimer seperti pullulan, chitosan, alginate, gelatine or gum arabic

Keuntungan:

  • graphene berkualitas tinggi
  • hasil yang tinggi
  • dispersi berbasis air
  • konsentrasi yang tinggi
  • efisiensi yang sangat tinggi
  • proses yang cepat
  • biaya yang rendah
  • throughput yang tinggi
  • ramah lingkungan

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Sistem penyebaran ultrasonik 7kW untuk produksi inline graphene (Klik untuk memperbesar!)

Reaktor ultrasonik dengan ultrasonikator tipe probe untuk pengelupasan graphene skala industri

Protokol Pengelupasan Langsung Grafit menggunakan Ultrasonics

Pullulan non-ionik dan alginat anionik (1,0 g) dilarutkan secara terpisah dalam 20 ml air suling, sedangkan kitosan kationik (0,4 g) dilarutkan dalam 20 ml air suling dengan asam asetat 1% berat. Bubuk grafit tersebar dalam larutan biopolimer berair dan diperlakukan menggunakan ultrasonikator tipe probe UP200S (daya maksimum 200 W, frekuensi 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Jerman) dilengkapi dengan titanium sonotrode (ujung mikro S3, diameter ujung 3 mm, amplitudo maksimum 210μm, kepadatan daya akustik atau intensitas permukaan 460 W cm-2) dalam kondisi berikut: 0,5 siklus dan amplitudo 50%, untuk jangka waktu masing-masing 10, 20, 30, dan 60 menit. Hasil terbaik diperoleh pada sonikasi 30 menit. Sonikasi diterapkan pada daya 16, 25 W selama 30 menit, dengan konsumsi energi (output energi per satuan volume) 731 Ws ml-1.
Selanjutnya, campuran disentrifugasi pada 1500 rpm selama 60 menit untuk menghilangkan partikel grafit yang tidak terkelupas dan kemudian dicuci 5 kali dan disentrifugasi lagi pada 5000 rpm selama 20 menit untuk menghilangkan kelebihan biopolimer. Larutan abu-abu gelap yang dihasilkan dikeringkan vakum pada suhu 40ºC sampai tidak ada kehilangan massa. Bubuk polimer-graphene yang dihasilkan didispersikan kembali dalam air (1 mg ml-1 untuk pullulan dan kitosan; 0,18 mg ml-1 untuk alginat) untuk karakterisasi. Lembaran graphene yang diperoleh dengan pullulan-, alginat-, dan ultrasonikasi chitosan-assisted diindikasikan sebagai pull-G, alg-G, dan chit-G, masing-masing.
Dari ketiga sistem tersebut, pullulan dan chitosan lebih efektif dalam pengelupasan grafit daripada alginat. Metode ini menghasilkan lembaran graphene mono, bi, dan lapisan tipis yang sedikit terkelupas hanya dengan defek lateral (tepi) yang rendah. Adsorpsi biopolimer pada permukaan graphene memberikan stabilitas tahan lama (lebih dari 6 bulan) dari dispersi berair.
(lihat Unalan et al. 2015)

Pengelupasan graphene ultrasonik dalam air

Urutan frame berkecepatan tinggi (dari a ke f) yang menggambarkan pengelupasan sono-mekanis dari serpihan grafit dalam air menggunakan UP200S, ultrasonikator 200W dengan sonotrode 3 mm. Panah menunjukkan tempat pemisahan (pengelupasan kulit) dengan gelembung kavitasi menembus perpecahan.
(studi dan gambar: © Tyurnina et al. 2020

Ultrasonic exfoliation dari nanosheets graphene yang dapat terdispersi air (Unalan dkk., 2015)

TEM gambar pull-G untuk: (a) 10 menit; (B) 20 menit; (C) 30 menit; (D) 60 menit; (E) chit-G selama 30 menit; (F) alg-G selama 30 menit. (Unalan et al. 2015)

Ultrasonicators untuk pengelupasan Graphene

Ultrasonicator industri UIP6000hdT memberikan 6000 watt ultrasound intensitas tinggi melalui probe (sonotrode) untuk homogenisasi, dispersi, emulsifikasi dan aplikasi ekstraksi.Prosesor ultrasonik berdaya tinggi Hielscher digunakan di seluruh dunia untuk pengelupasan dan dispersi grafit dan graphene yang sukses. Disperser ultrasonik kami tersedia dari lab dan bench-top hingga unit produksi industri penuh. Selain ketahanan, operasi 24/7 dan pemeliharaan rendah, ultrasonikator Hielscher meyakinkan dengan kemudahan pemrosesan dan skalabilitas linier yang tinggi.
Proses dapat dengan mudah diuji dan dioptimalkan di laboratorium. Setelah itu, semua hasil proses dapat ditingkatkan secara linier ke tingkat produksi komersial. Hal ini membuat sonication menjadi metode produksi yang efektif dan efisien untuk volume tinggi dari lembaran graphene berkualitas tinggi.
Hielscher Ultrasonics prosesor ultrasonik industri dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah terus dijalankan dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Pencocokan reaktor ultrasound memastikan kemampuan produksi massal yang andal dan aman dari nanosheet graphene berkualitas tinggi serta dispersi nanosheet yang stabil.

Ketahanan peralatan ultrasonik Hielscher's memungkinkan untuk operasi 24/7 untuk tugas yang berat dan untuk lingkungan yang menuntut.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Batch Volume Flow Rate Direkomendasikan perangkat
10-2000mL 20 hingga 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 hingga 20L 0.2 sampai 4L/min UIP2000hdT
10 sampai 100L 2-10L/min UIP4000
n.a. 10 sampai 100L/menit UIP16000
n.a. kristal yang lebbig cluster UIP16000

Hubungi Kami! / Tanya Kami!

Meminta informasi lebih lanjut

Silakan gunakan formulir di bawah ini untuk meminta informasi tambahan tentang disperser ultrasonik untuk pengelupasan nanosheet, aplikasi terkait graphene, rincian teknis dan harga. Kami akan dengan senang hati mendiskusikan proses produksi graphene Anda dengan Anda dan menawarkan ultrasonikator yang memenuhi kebutuhan Anda!









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


Ultrasonikasi intens menggunakan probe ultrasonik (sonotrode) adalah metode yang sangat efektif untuk delaminasi dan pengelupasan graphene nano-sheets.

Mekanisme pengelupasan ultrasonik nanosheets 2D.
(studi dan grafik: Tyurnina et al., 2020)



Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Grafena

Lembaran graphene Grafena adalah monolayer sp2-atom karbon terikat. Graphene menawarkan karakteristik material yang unik seperti luas permukaan yang luar biasa (2620 m2G-1), Sifat mekanik yang superior dengan modulus Young dari 1 TPa dan kekuatan intrinsik 130 GPa, konduktivitas elektronik yang sangat tinggi (mobilitas elektron suhu kamar 2,5 x 105 cm2 V-1S-1), Konduktivitas termal yang sangat tinggi (di atas 3000 W m K-1), Untuk menyebutkan sifat yang paling penting. Karena sifat materialnya yang superior, graphene banyak digunakan dalam pengembangan dan produksi baterai berkinerja tinggi, sel bahan bakar, sel surya, supercapacitor, penyimpanan hidrogen, perisai elektromagnetik dan perangkat elektronik. Selanjutnya, graphene dimasukkan ke dalam banyak nanokomposit dan material komposit sebagai aditif penguat, misalnya pada polimer, keramik dan matriks logam. Karena konduktivitasnya yang tinggi, graphene merupakan komponen penting dari cat konduktif dan tinta.
Yang cepat dan aman persiapan ultrasonik dari graphene tanpa cacat pada volume besar dengan biaya rendah memungkinkan pelebaran aplikasi graphene ke industri yang lebih banyak.

Literatur / Referensi


Ultrasonics kinerja tinggi! Rangkaian produk Hielscher mencakup spektrum penuh dari ultrasonicator laboratorium kompak di atas unit bench-top hingga sistem ultrasonik industri penuh.

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.


Kami akan dengan senang hati mendiskusikan proses Anda.

Mari kita hubungi.