水分散性グラフェンの超音波ピーリング

  • モノおよび二層グラフェンナノシートは、高スループットで低コストで超音波剥離を介して迅速に製造することができます。
  • 超音波剥離グラフェンは、水分散性グラフェンを得るために、生体高分子で官能基化することができます。
  • 超音波キャビテーションにより、合成されたグラフェンは、さらに安定した水性分散液に加工することができます。

高品質グラフェンの超音波ピーリング

超音波は、グラファイトフレークまたは粒子からのグラフェン層(単環式、二環式および数層グラフェン)を生成するための信頼できる方法です。このようなボール - ロールミル又は高剪断ミキサーのような他の一般的な剥離技術は低品質と積極的な試薬及び溶媒の使用にリンクされている一方、超音波剥離法は、高品質の出力、高い処理能力と穏やかな処理条件によって説得します。
超音波キャビテーションは、積層されたグラファイト層を欠陥のないグラフェンの単層、二層、数層に分離する強烈なせん断力を生み出します。

超音波処理による水分散性グラフェンシート

超音波プローブを使用した超音波処理は、単層グラフェンナノシートを剥離し、それらを均一に分散させるための効率的な方法です。超音波機能化は、水分散性グラフェンを生成することを可能にする。超音波は、水または有機溶媒中のカーボンナノチューブを解くための再現可能な結果を持つ効果的な手順です。[/キャプション]通常の条件下では、グラフェンは水にほとんど分散せず、水性媒体に分散すると凝集体および凝集体を形成する。水性系には、安価で毒性がなく、環境に優しいという大きな利点があるため、水性グラフェンシステムは、グラフェンメーカーや下流産業にとって非常に魅力的です。
水分散性グラフェンナノシートを得るために、超音波剥離グラフェンは、プルラン、キトサン、アルギン酸塩、ゼラチン又はアラビアゴム等の多糖類/バイオポリマーで修飾されています。

利点:

  • 高品質なグラフェン
  • 高収率
  • 水ベースの分散
  • 高濃度
  • 高効率
  • 迅速なプロセス
  • 低価格
  • 高スループット
  • 環境にやさしい

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インライングラフェン製造用の7kW超音波分散システム(クリックすると拡大します!)

工業規模のグラフェン剥離のためのプローブ型超音波装置を備えた超音波反応器

超音波を使用したグラファイトの直接剥離のプロトコル

非イオン性プルランおよびアニオン性アルギン酸塩(1.0g)を別々に20mlの蒸留水に溶解し、一方カチオン性キトサン(0.4g)を1重量%酢酸と共に20mlの蒸留水に溶解した。グラファイト粉末を水性生体ポリマー溶液に分散させ、チタンソノトロード(マイクロチップS3、チップ直径3mm、最大振幅210μm、音響パワー密度または表面強度460W cm-2)を備えたプローブ型超音波装置UP200S(最大電力200W、周波数24kHz、ヒールシャー超音波、ドイツ)を用いて処理した以下の条件下で:0.5サイクルおよび50%振幅、 それぞれ10分、20分、30分、60分の期間。最良の結果は、30分の超音波処理で得られた。超音波処理は、731 Ws ml-1のエネルギー消費量(単位体積あたりのエネルギー出力)で、30分間16.25Wの電力で適用されました。
続いて、混合物を1500rpmで60分間遠心分離して剥離していないグラファイト粒子を除去し、次いで5回洗浄し、再度5000rpmで20分間遠心分離して過剰なバイオポリマーを除去した。得られた暗灰色の溶液を、質量損失がなくなるまで40ºCで真空乾燥した。得られたポリマー-グラフェン粉末を水(プルランおよびキトサンについては1 mg ml-1、アルギン酸塩については0.18 mg ml-1)に再分散させた。プルラン、アルギン酸塩、およびキトサン支援超音波処理によって得られたグラフェンシートは、それぞれプルG、アルg-G、およびチット-Gとして示されました。
3つのシステムのうち、プルラン及びキトサンは、アルギン酸塩よりグラファイトの剥離がより効果的でした。この方法は、低い横方向(エッジ)の欠陥で剥離し、単環式、二環式、およびいくつかの層のグラフェンシートを得ました。グラフェン表面に生体高分子の吸着は、水性分散液の長期持続安定性(6ヶ月以上)を得ます。
(ウナランら 2015参照)

水中の超音波グラフェン剥離

水中のグラファイトフレークのソノメカニカル剥離を示すフレームの高速シーケンス(aからfまで) UP200S、3-mmソノトロードと200W超音波装置を使用して。 矢印は、キャビテーション気泡が分割を貫通する分割(剥離)の場所を示しています。
(研究と写真:© Tyurninaら2020

水分散性グラフェンナノシートの超音波剥離(Unalanら、2015)

プルGのTEM像(A)10分; (B)20分; (C)30分; (D)60分。 30分間(E)伝票-G。 (F)ALG-Gで30分間。 (Unalanら、2015)

グラフェン剥離のための超音波装置

産業用超音波装置UIP6000hdTは、均質化、分散、乳化および抽出アプリケーションのためのプローブ(ソノトロード)を介して高強度超音波の6000ワットを提供します。ヒールシャー高出力超音波プロセッサは、グラファイトとグラフェンの剥離と分散を成功させるために世界中で使用されています。当社の超音波分散機は、ラボおよびベンチトップから完全な工業生産ユニットまで利用可能です。堅牢性、24/7操作と低メンテナンスに加えて、ヒールシャー超音波処理器は、処理と線形スケーラビリティの高い容易さによって納得します。
プロセスは簡単にテストラボで最適化することができます。その後、すべてのプロセスの結果は、商業生産レベルに完全にリニアスケーリングすることができます。これは、超音波処理、高品質のグラフェンシートの高い容量のために効果的かつ効率的な製造方法となります。
ヒールシャー超音波産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供することができます。最大200μmの振幅は、24/7動作で簡単に連続的に実行できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソトロードが利用可能です。マッチング超音波反応器は、高品質のグラフェンナノシートだけでなく、安定したナノシート分散液の信頼性と安全な大量生産の能力を保証します。

ヒールシャーの超音波機器の堅牢性はヘビーデューティでかつ厳しい環境で24/7の操作が可能になります。
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
2000mlの10〜 20 400mLの/分 Uf200ःトンUP400St
00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
100Lへ10 10L /分で2 UIP4000
N.A。 10 100L /分 UIP16000
N.A。 大きな のクラスタ UIP16000

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超音波プローブ(ソノトロード)を使用した強烈な超音波は、グラフェンナノシートを剥離し、剥離するための非常に効果的な方法です。

2Dナノシートの超音波剥離のメカニズム。
(研究とグラフィック:チュルニナら、2020年)



知る価値のある事実

グラフェン

グラフェンシート グラフェンは、SPの単層であります2結合炭素原子。グラフェンは、このような異常な大きな比表面積(2620メートルなどの固有の材料特性を提供します2グラム-12.5×10センチ)、ヤング1つのtPAの弾性率及び130 GPaで、非常に高い電子伝導性の固有強度と優れた機械的性質(室温電子移動度2 V-1S-1)、非常に高い熱伝導率(3000 W、M、K上-1)、最も重要な特性に名前を付けます。その優れた材料特性に、グラフェンは、高濃度の高性能電池、燃料電池、太陽電池、スーパーキャパシタ、水素ストレージ、電磁シールド及び電子デバイスの開発及び製造に使用されます。さらに、グラフェンは、例えば、添加物を強化材として多くのナノ複合材料及び複合材料に組み込まれますポリマー、セラミックと金属行列インチその高い導電率に、グラフェンは、導電性塗料やインクの重要な構成要素です。
迅速かつ安全に 欠陥のないグラフェンの超音波準備 低コストで大容量で、より多くの産業にグラフェンの用途を広げることができます。

文学/参考文献


高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、完全工業用超音波システムにベンチトップユニット上のコンパクトラボ超音波装置から完全な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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