プローブ超音波処理によって合成および分散されたグラフェンナノプレートレット

グラフェンナノプレートレット(GNP)は、超音波処理器を使用して高効率および信頼性で合成および分散することができます。高強度超音波処理は、グラファイトを剥離し、しばしばグラフェンナノプレートレットと呼ばれる数層グラフェンを得るために採用される。超音波処理はまた、低粘度および高粘度懸濁液の両方で優れたグラフェンナノプレートレット分布を達成することに優れている。

グラフェンナノプレートレット加工 – 超音波処理による優れた結果

グラフェンナノプレートレット加工では、プローブ型超音波処理器が最も効率的で信頼性が高く、使いやすいツールです。超音波処理はグラフェンナノプレートレットの合成、分散および官能基化に適用することができるので、超音波処理器は多くのグラフェン関連用途に使用されている。

  • 角質除去と合成 プローブ型超音波処理器は、グラファイトを数層のグラフェンまたはグラフェンナノプレートレットに剥離するために使用されます。高強度超音波処理は、層間力を破壊し、グラファイトをより小さな個々のグラフェンシートに分解する。
  • Dispersion: グラフェンナノプレートレットを液体媒体に均一に分散させることは、グラフェン関連のすべての用途にとって非常に重要です。プローブ型超音波処理器は、ナノプレートレットを液体全体に均一に分散させ、凝集を防ぎ、安定した懸濁液を確保することができます。
  • 機能化: 超音波処理は、官能基または分子の表面への結合を促進することにより、グラフェンナノプレートレットの機能化を促進する。この官能基化により、特定のポリマーや材料との適合性が高まります。

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グラフェンナノプレートレットを露出樹脂またはセメントに混合するための16,000ワットの分散能力を備えた超音波分散機MultiSonoReactor。

グラフェンナノプレートレットの工業用インライン分散のための超音波分散システム

超音波処理によるグラフェンナノプレートレット合成

グラフェンナノプレートレットは、超音波支援グラファイト剥離によって合成することができる。したがって、グラファイト懸濁液をプローブ型超音波ホモジナイザーを用いて超音波処理する。この手順は、非常に低い濃度(例:4wt%以下)から高濃度(例:10wt%以上)でテストされています。
 
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.

欠陥のない数層積層グラフェンナノプレートレットは、超音波処理によって生成されます

得られたグラフェンナノシートの高分解能透過型電子顕微鏡像
超音波支援水相分散とハマー法を介して。
(研究とグラフィック:ガネムとレヒム、2018年)

 

超音波合成されたナノ流体は、効率的な冷却剤および熱交換器液体である。グラフェンナノプレートレットなどの熱伝導性ナノ材料は、熱伝達能力と放熱能力を大幅に向上させます。超音波処理は、グラフェンナノプレートレットなどの熱伝導性ナノ粒子の合成および官能基化において十分に確立されています。

ポリエチレングリコール(PEG)へのCNTの分散 - Hielscher Ultrasonics

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グラフェンシートとナノプレートレットの違いは何ですか?

グラフェンシートとグラフェンナノプレートレットは、どちらも六角形の格子状に配置された炭素原子の単層であるグラフェンで構成されるナノ材料です。グラフェンシートとグラフェンナノプレートレットは、交換可能な用語として使用されることがあります。しかし、科学的には、これらのグラフェンナノ材料の間にはいくつかの違いがあります:グラフェンシートとグラフェンナノプレートレットの主な違いは、その構造と厚さにあります。グラフェンシートは炭素原子の単層で構成されており、非常に薄いですが、グラフェンナノプレートレットはより厚く、複数のグラフェン層が積み重ねられています。これらの構造上の違いは、その特性と特定の用途への適合性に影響を与える可能性があります。プローブ型超音波処理器の使用は、グラフェン単層グラフェンシートならびに数層積層グラフェンナノプレートレットを合成、分散、および官能化するための非常に効果的かつ効率的な技術である。

プローブ型超音波処理器UP100Hを用いたグラファイト剥離は、手付かずのグラフェンナノプレートレットを与えた

超音波処理器UP100Hを使用してグラフェンナノプレートレットの超音波合成を視覚化するグラフィック
(研究とグラフィック:ガネムとレヒム、2018年)

安定した水性懸濁液中のグラフェンナノプレートレットなどのナノ粒子分散のためのプローブ型超音波装置UP400St。

プローブ型超音波処理器 UP400St 単層カーボンナノプレートレット分散液の調製

超音波処理を用いたグラフェンナノプレートレットの分散

単層カーボンナノプレートレット(GNP)の均一な分散は、得られる材料や製品の特性や性能に直接影響を与えるため、さまざまな用途で非常に重要です。したがって、超音波処理装置は、様々な産業におけるグラフェンナノプレートレット分散液のために設置されている。以下の産業は、パワー超音波の使用の顕著な例です。
 

  • ナノ複合材料: グラフェンナノプレートレットは、ポリマーなどのさまざまなナノ複合材料に組み込んで、機械的、電気的、および熱的特性を高めることができます。プローブ型超音波処理器は、ポリマーマトリックス内にナノプレートレットを均一に分散させるのに役立ち、その結果、材料性能が向上します。
  • 電極とバッテリー: グラフェンナノプレートレットは、バッテリーやスーパーキャパシタ用の高性能電極の開発に使用されています。超音波処理は、表面積が増加した十分に分散したグラフェンベースの電極材料を作成するのに役立ち、エネルギー貯蔵能力が向上します。
  • 触媒作用: 超音波処理は、グラフェンナノプレートレットに基づく触媒材料を調製するために使用することができる。触媒ナノ粒子をグラフェン表面に均一に分散させることで、様々な反応における触媒活性を高めることができます。
  • センサー: グラフェンナノプレートレットは、ガスセンシング、バイオセンシング、環境モニタリングなど、さまざまな用途のセンサーの製造に使用できます。超音波処理は、センサー材料中のナノプレートレットの均一な分布を保証し、感度および性能の向上をもたらす。
  • コーティングとフィルム: プローブ型超音波処理器は、電子機器、航空宇宙、および保護コーティングの用途向けのグラフェンナノプレートレットベースのコーティングおよびフィルムを調製するために使用されます。これらの用途には、均一な分散と基材への適切な接着が重要です。
  • 生物医学的応用: 生物医学的用途では、単層カーボンナノプレートレットは、薬物送達、イメージング、および組織工学に使用できます。超音波処理は、これらの用途で使用されるグラフェンベースのナノ粒子および複合材料の調製に役立つ。
グラフェンナノプレートレットは、超音波処理によって正常に合成および分散することができます。

(b)X3000および(c)X8000におけるグラフェンナノプレートレットのSEM画像
(研究と画像:©アリザデら、2018年)

超音波合成されたナノ流体は、効率的な冷却剤および熱交換器液体である。熱伝導性ナノ材料は、熱伝達能力と放熱能力を大幅に向上させます。超音波処理は、熱伝導性ナノ粒子の合成および官能化、ならびに冷却用途のための安定な高性能ナノ流体の製造において十分に確立されている。

Dispersing CNTs in Polyethylene Glycol (PEG)

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超音波グラフェンナノプレートレット分散液の科学的実証済み結果

科学者たちは、数多くの研究でグラフェンナノプレートレットの合成と分散にヒールシャー超音波処理器を使用し、超音波処理の効果を精力的にテストしました。以下に、グラフェンナノプレートレットを水性スラリー、露出樹脂、モルタルなどのさまざまな混合物にうまく混合した例をいくつか紹介します。
 
グラフェンナノプレートレットを信頼性が高く、迅速で均一に分散させるための一般的な手順は、以下の手順です。
分散のために、グラフェンナノプレートレットを純粋なアセトン内で超音波処理した ヒールシャー超音波ミキサー UP400S グラフェンシートの凝集を防ぐためにほぼ1時間。アセトンは蒸発によって完全に除去されました。次いで、単層単層カーボンナノプレートレットをエポキシ系の1重量%で添加し、エポキシ樹脂中で90Wで15分間超音波処理した。
(Cakir et al., 2016参照)
 
別の研究では、グラフェンナノプレートレットを添加することにより、イオン液体ベースのナノ流体(イオナノ流体)の強化を調査しています。優れた分散のために、グラフェンナノプレートレット、イオン液体およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの混合物を、ヒールシャープローブ型超音波装置UP200Sを使用して約90分間均質化した。
(Alizadeh et al., 2018参照)

 
Tragazikisら(2019)は、グラフェンナノプレートレットのモルタルへの効果的な取り込みを報告しています。したがって、水性グラフェン懸濁液は、通常の水道水と可塑剤の混合物にナノプレートレットを添加し、その後2分間磁気攪拌することによって製造されました。懸濁液は、22mmソノトロードを備えたヒールシャーUP400S装置(ヒールシャー超音波GmbH)を使用して、室温で90分間超音波処理によって均質化され、周波数24kHzで4500J /分の電力スループットを提供する。エネルギー速度と超音波処理時間の特定の組み合わせは、懸濁液品質の超音波処理パラメータの影響を綿密に調査した後、最適として確立されました。
(Tragazikis et al., 2019参照)
 
Zainalら(2018)は、超音波処理などの適切な分散技術により、グラフェンナノプラテレットなどのナノ材料が充填材の特性を高めることができると研究で述べています。これは、分散がエポキシグラウトなどの高品質のナノ複合材料を製造するための最も重要な要素の1つであるという事実によるものです。

グラフェンナノプレートレットは、イオン性ナノ流体の熱特性を高めます。最良の分散結果を得るために、ナノプレートレットをヒールシャープローブ型超音波装置UP400Sを使用してナノ流体に超音波で分散させた

純粋なBMIM-PF6のサンプル(左)と超音波で調製した2%重量のイオナノ流体(右)。
(研究と画像:©アリザデら、2018年)

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グラフェンナノプレートレット加工用の高性能超音波処理器

ヒールシャー超音波は、ナノ材料加工用の高性能超音波装置に関してはマーケットリーダーです。ヒールシャープローブ型超音波処理器は、グラフェンナノプレートレットの処理を含む様々な用途のために、実験室や産業環境で世界中で使用されています。
最先端の技術、ドイツの職人技とエンジニアリング、そして長年の技術的経験により、ヒールシャー超音波は成功した超音波アプリケーションのためのあなたの好ましいパートナーになります。

なぜヒールシャー超音波?

  • 高効率
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  • 低メンテナンス
  • CIP(クリーンインプレイス)

設計・製造・コンサルティング – ドイツ製の品質

ヒールシャー超音波処理器は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。堅牢性と簡単な操作により、当社の超音波装置を産業施設にスムーズに統合できます。過酷な条件と要求の厳しい環境は、ヒールシャー超音波処理器によって簡単に処理されます。

ヒールシャー超音波はISO認定企業であり、最先端の技術と使いやすさを備えた高性能超音波装置に特に重点を置いています。もちろん、ヒールシャー超音波処理器はCEに準拠しており、UL、CSAおよびRoHsの要件を満たしています。

下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

バッチ容量流量推奨デバイス
01.5mlの0.5へN.A。Vialツイーター
500mLの1〜200mL /分で10UP100Hシリーズ
2000mlの10〜20 400mLの/分UP200HTUP400セント
00.1 20Lへ04L /分の0.2UIP2000hdT
100Lへ1010L /分で2UIP4000hdt
15から150L3から15リットル/分UIP6000hdT
N.A。10 100L /分UIP16000
N.A。大きなのクラスタ UIP16000

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超音波高剪断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロット、産業加工で使用されます。

ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。



文献 / 参考文献

知る価値のある事実

グラフェンシートとグラフェンナノプレートレットの比較

グラフェンシートとグラフェンナノプレートレットはどちらもグラファイト由来のナノ構造です。以下の表は、グラフェンシートとグラフェンナノプレートレットの最も顕著な違いを示しています。
 

区別グラフェンシートグラフェンナノプレートレット
構造グラフェンシートは、典型的には二次元構造を有するグラフェンの単層である。それらは非常に大きくて連続的であり、巨視的な領域に広がっています。グラフェンナノプレートレットは、個々のグラフェンシートと比較して小さく、厚くなります。それらは、グラフェンの複数の層が互いに積み重ねられ、血小板様構造を形成する。ナノプレートレットの層数はさまざまですが、通常は数層から数十層の範囲です
厚さこれらは単層グラフェン構造であるため、非常に薄く、通常は原子1個分の厚さです。これらは、複数のグラフェン層を積み重ねて構成されているため、単層グラフェンシートよりも厚いです。グラフェンナノプレートレットの厚さは、それらに含まれる層の数に依存します。
プロパティ単層グラフェンシートは、高い電気伝導率、熱伝導率、機械的強度などの優れた特性を備えています。また、量子閉じ込め効果などのユニークな電子特性も示します。グラフェンナノプレートレットは、高い電気伝導率や熱伝導率など、グラフェンの優れた特性の一部を保持していますが、多層が存在するため、これらの点では単層グラフェンほど例外的ではない可能性があります。ただし、従来の炭素材料よりも優れています。
アプリケーション単層グラフェンシートは、エレクトロニクス、ナノ複合材料、センサーなど、幅広い用途に応用できる可能性があります。それらは、その優れた電子特性のためによく使用されます。単層カーボンナノプレートレットは、複合材料、潤滑剤、エネルギー貯蔵装置の強化材料、他の材料の特性を改善するための添加剤など、さまざまな用途に使用されています。それらの厚い構造により、単層グラフェンと比較して特定のマトリックスに分散しやすくなります。

高性能超音波!ヒールシャー製品の範囲は、ベンチトップユニット上のコンパクトなラボ超音波装置から完全な産業用超音波システムまで、全スペクトルをカバーしています。

ヒールシャー超音波は、から高性能超音波ホモジナイザーを製造しています ラボ産業サイズ。


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