Pengelupasan Graphene Berbasis Air
Pengelupasan ultrasonik memungkinkan untuk menghasilkan graphene beberapa lapis tanpa menggunakan pelarut keras hanya menggunakan air murni. Sonikasi daya tinggi delaminasi lembaran graphene dalam perawatan singkat. Penghindaran pelarut mengubah pengelupasan graphene dalam proses yang ramah lingkungan dan berkelanjutan.
Produksi Graphene melalui Pengelupasan Fase Cair
Graphene diproduksi secara komersial melalui apa yang disebut pengelupasan fase cair. Pengelupasan fase cair graphene membutuhkan penggunaan pelarut beracun, berbahaya bagi lingkungan, dan mahal, yang digunakan sebagai pra-perawatan kimia atau dalam kombinasi dengan/dengan teknik dispersi mekanis. Untuk dispersi mekanis lembaran graphene, ultrasonikasi telah ditetapkan sebagai teknik yang sangat andal, efisien dan aman untuk menghasilkan lembaran graphene berkualitas tinggi dalam jumlah besar pada tingkat industri sepenuhnya. Karena penggunaan pelarut keras selalu disertai dengan biaya, kontaminasi, pembuangan dan pembuangan yang kompleks, masalah keamanan serta beban lingkungan, alternatif yang tidak beracun dan lebih aman sangat menguntungkan. Oleh karena itu, pengelupasan grafena menggunakan air sebagai pelarut dan ultrasound daya untuk delaminasi mekanis beberapa lapisan lembaran graphene merupakan teknik yang sangat menjanjikan untuk pembuatan graphene hijau.
Pelarut umum, yang sering digunakan sebagai fase cair untuk membubarkan lembaran nano graphene, termasuk Dimetil sulfoksida (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahydrofuran (THF), propylene carbonateacetone (PC), etanol, dan formamida.
Sebagai teknik jangka panjang yang sudah mapan untuk pengelupasan graphene pada skala komersial, ultrasonication memungkinkan untuk menghasilkan graphene berkualitas tinggi dengan kemurnian tinggi dengan biaya rendah. Karena pengelupasan graphene ultrasonik dapat sepenuhnya diskalakan linier ke volume berapa pun, hasil produksi serpihan graphene berkualitas tinggi dapat dengan mudah diterapkan untuk produksi massal graphene.

UIP2000hdT adalah disperser ultrasonik yang kuat 2kW untuk pengelupasan dan dispersi graphene.
Pengelupasan Ultrasonik Graphene dalam Air
Tyurnina et al. (2020) menyelidiki efek amplitudo dan intensitas sonikasi pada larutan grafit air murni dan pengelupasan graphene yang dihasilkan. Dalam penelitian tersebut, mereka menggunakan Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Pengelupasan ultrasonik menggunakan air diterapkan sebagai proses satu langkah untuk delaminasi graphene beberapa lapisan. Perlakuan singkat selama 2 jam sudah cukup untuk menghasilkan graphene beberapa lapis dalam pengaturan sonikasi gelas kimia terbuka.

Urutan bingkai berkecepatan tinggi (dari a hingga f) yang menggambarkan pengelupasan sono-mekanis serpihan grafit di dalam air menggunakan UP200s, ultrasonicator 24 kHz dengan sonotrode 3 mm. Panah menunjukkan tempat pemisahan (pengelupasan kulit) dengan gelembung kavitasi menembus belah.
© Tyurnina dkk., 2020
Optimasi Pengelupasan Graphene Ultrasonik
Pengaturan ultrasonik yang digunakan oleh Tyurnina et al. (2020) dapat dengan mudah dioptimalkan untuk efisiensi yang lebih dan pengelupasan yang lebih cepat dengan menggunakan reaktor ultrasonik tertutup dalam mode flow-through. Perawatan inline ultrasonik memungkinkan perawatan ultrasonik yang jauh lebih seragam dari semua bahan baku grafit: memberi makan larutan grafit / air langsung ke ruang terbatas kavitasi ultrasonik, semua grafit menjadi sonikasi seragam menghasilkan hasil serpihan graphene berkualitas tinggi yang tinggi.
Sistem Hielscher Ultrasonics memungkinkan kontrol yang tepat atas semua parameter pemrosesan penting seperti amplitudo, waktu / retensi, input energi (Ws/mL), tekanan, dan suhu. Menetapkan parameter ultrasonik yang optimal menghasilkan hasil, kualitas, dan efisiensi keseluruhan tertinggi.
Bagaimana Ultrasonication Mempromosikan Pengelupasan Graphene
Ketika gelombang ultrasound berdaya tinggi digabungkan ke dalam bubur bubuk grafit dan air atau pelarut apa pun, gaya sonomekanis seperti geser tinggi, turbulensi intens dan perbedaan tekanan dan suhu tinggi menciptakan kondisi energi yang intens. Kondisi intens energi ini adalah hasil dari fenomena kavitasi akustik.
Baca lebih lanjut tentang kavitasi ultrasonik di sini!
Ultrasonografi daya memulai perluasan bubuk grafit, karena cairan ditekan di antara lapisan graphene, yang terdiri dari grafit. Gaya geser ultrasonik mendelaminasi lembaran graphene tunggal dan menyebarkannya sebagai serpihan graphene dalam larutan. Untuk mendapatkan stabilitas graphene jangka panjang dalam air, diperlukan surfaktan.

Mechnisme pengelupasan fase cair ultrasonik pengelupasan graphene.
Studi dan gambar oleh Tyurnina et al., 2021.
Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Pengelupasan Graphene
Fitur cerdas ultrasonicators Hielscher dirancang untuk menjamin operasi yang andal, hasil yang dapat direproduksi, dan keramahan pengguna. Pengaturan operasional dapat dengan mudah diakses dan diputar melalui menu intuitif, yang dapat diakses melalui layar sentuh warna digital dan remote control browser. Oleh karena itu, semua kondisi pemrosesan seperti energi bersih, energi total, amplitudo, waktu, tekanan, dan suhu secara otomatis dicatat pada kartu SD bawaan. Ini memungkinkan Anda untuk merevisi dan membandingkan jalannya sonikasi sebelumnya dan untuk mengoptimalkan proses pengelupasan graphene ke efisiensi tertinggi.
Sistem Ultrasonik Hielscher digunakan di seluruh dunia untuk pembuatan lembaran graphene dan oksida graphene berkualitas tinggi. Ultrasonicator industri Hielscher dapat dengan mudah menjalankan amplitudo tinggi dalam operasi terus menerus (24/7/365). Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dihasilkan terus menerus dengan sonotrode standar (probe ultrasonik / tanduk dan kascatrodesTM). Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Karena kekokohan dan perawatannya yang rendah, sistem pengelupasan ultrasonik kami biasanya dipasang untuk aplikasi tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Prosesor ultrasonik Hielscher untuk pengelupasan graphene sudah dipasang di seluruh dunia dalam skala komersial. Hubungi kami sekarang untuk mendiskusikan proses pembuatan graphene Anda! Staf kami yang berpengalaman akan dengan senang hati berbagi informasi lebih lanjut tentang proses pengelupasan kulit, sistem ultrasonik, dan harga!
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
Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
---|---|---|
1 hingga 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Literatur / Referensi
- 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.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Apa itu 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.
Persiapan ultrasonik graphene bebas cacat yang cepat dan aman pada volume besar dengan biaya rendah memungkinkan untuk memperluas aplikasi graphene ke lebih banyak industri.
Graphene adalah lapisan karbon satu atom yang tebal, yang dapat digambarkan sebagai struktur single layer atau 2D graphene (singel layer graphene = SLG). Graphene memiliki luas permukaan spesifik yang luar biasa besar dan sifat mekanik yang superior (Young modulus dari 1 TPa dan kekuatan intrinsik 130 GPa), menawarkan konduktivitas elektronik dan termal yang hebat, mobilitas pembawa muatan, transparansi, dan tidak dapat ditembus oleh gas. Karena karakteristik material ini, graphene digunakan sebagai aditif penguat untuk memberi komposit kekuatan, konduktivitas, dan sebagainya. Agar dapat menggabungkan karakteristik graphene dengan bahan lainnya, graphene harus didispersikan ke dalam senyawa atau diaplikasikan sebagai lapisan film tipis. Ke substrat