水系グラフェン剥離
超音波剥離は、純水のみを使用して過酷な溶媒を使用せずに、少数層グラフェンを生成することができます。高出力超音波処理は、短い治療の中でグラフェンシートを剥離します。溶媒の回避は、緑の持続可能なプロセスでグラフェン剥離を回します。
液相剥離によるグラフェン生産
グラフェンは、いわゆる液相剥離を介して商業的に製造される。グラフェンの液相剥離は、化学的前処理として、または機械的分散技術と組み合わせて使用される有毒、環境的に有害、および高価な溶媒の使用を必要とします。グラフェンシートの機械的分散のために、超音波は、完全に工業的なレベルで大量に高品質のグラフェンシートを生成するために信頼性が高く、効率的かつ安全な技術として確立されています。過酷な溶剤の使用にはコスト、汚染、複雑な除去と廃棄、安全上の懸念、環境負荷が伴うため、無毒で安全な代替手段が大いに有利です。したがって、少数の層グラフェンシートの機械的剥離のための溶媒およびパワー超音波として水を使用したグラフェン剥離は、したがって、緑のグラフェン製造のための非常に有望な技術である。
グラフェンナノシートを分散させる液相としてよく使用される一般的な溶媒には、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N-N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、テトラメチル尿素(TMU)、テトラヒドロフラン(THF)、プロピレンカーボカナセトン(PC)、エタノール、ホルムアミドが含まれます。
商業的規模でグラフェン剥離のための既に長期確立された技術として、超音波は、低コストで高純度の高品質のグラフェンを生成することができます。超音波グラフェン剥離は、任意のボリュームに完全に線形にスケーリングすることができるので、高品質のグラフェンフレークの生産収率は、グラフェンの大量生産のために簡単に実装することができます。
UIP2000hdTは2kWの強力な超音波分散機です グラフェン剥離および分散用。
水中グラフェンの超音波剥離
Tyurninaら(2020)は、純水グラファイト溶液および結果として生じるグラフェン剥離に対する振幅および超音波処理強度の影響を調査した。研究では、ヒールシャーUP200S(200W、24kHz)を使用しました。水を用いた超音波剥離は、数層のグラフェン層間剥離のための単一ステッププロセスとして適用された。2時間の短い処理は、オープンビーカー超音波処理セットアップで数層のグラフェンを生成するのに十分でした。
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を使用して、3ミリメートルソノトロードと24 kHz超音波装置。 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。
© チュルニナら、2020年
超音波グラフェン剥離の最適化
Tyurninaら(2020)が使用する超音波セットアップは、フロースルーモードで閉じた超音波反応器を使用することにより、より効率と迅速な剥離のために簡単に最適化することができます。超音波インライン処理は、すべてのグラファイト原料の有意により均一な超音波処理を可能にする:グラファイト/水溶液を超音波キャビテーションの限られた空間に直接供給し、すべてのグラファイトは均一に超音波処理され、高品質のグラフェンフレークの高収率をもたらす。
ヒールシャー超音波システムは、振幅、時間/保持、エネルギー入力(Ws / mL)、圧力、温度などの重要な処理パラメータを正確に制御することができます。最適な超音波パラメータを設定すると、最高の収率、品質と全体的な効率をもたらします。
超音波処理はグラフェン剥離を促進する方法
高出力超音波がグラファイトパウダーと水または任意の溶媒のスラリーに結合されると、高剪断、激しい乱流、高圧および温度差などのソノメカニカルな力は、エネルギー強烈な条件を作成します。これらのエネルギーの強い条件は、音響キャビテーションの現象の結果である。
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パワー超音波は、グラファイト層の間に流体が押し込まれるため、グラファイト粉末の膨張を開始し、その中でグラファイトが構成される。超音波せん断力はグラフェンの単一のシートを破壊し、溶液中のグラフェンフレークとしてそれらを分散させる。水中のグラフェンの長期安定性を得るためには、界面活性剤が必要である。
グラフェン剥離の超音波液相剥離のメクニズム。
2021年トゥルニーナら研究と絵を描く。
グラフェン剥離のための高性能超音波処理器
ヒールシャー超音波処理器のスマートな機能は、信頼性の高い操作、再現可能な結果とユーザーフレンドリを保証するように設計されています。操作の設定は、デジタルカラータッチディスプレイとブラウザのリモコンを介してアクセスすることができ、直感的なメニューを介して簡単にアクセスしてダイヤルすることができます。そのため、正味エネルギー、総エネルギー、振幅、時間、圧力、温度などのすべての処理条件は、内蔵のSDカードに自動的に記録されます。これにより、以前の超音波処理の実行を改訂して比較し、グラフェン剥離プロセスを最高効率に最適化することができます。
ヒールシャー超音波システムは、高品質のグラフェンシートとグラフェン酸化物の製造のために世界的に使用されています。ヒールシャー工業用超音波処理器は、連続操作(24/7/365)で高振幅を簡単に実行できます。最大200μmの振幅は、標準ソノトロード(超音波プローブ/ホーンおよび カストロデTm).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。その堅牢性と低いメンテナンスのために、私達の超音波剥離システムは、一般的に頑丈なアプリケーションのために、厳しい環境でインストールされています。
グラフェン剥離のためのヒールシャー超音波プロセッサは、すでに商業規模で世界中にインストールされています。グラフェン製造プロセスについて、今すぐお問い合わせください!私たちのよく経験豊富なスタッフは、剥離プロセス、超音波システムと価格に関するより多くの情報を共有して喜んでいるでしょう!
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 |
|---|---|---|
| 500mLの1〜 | 200mL /分で10 | UP100H |
| 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 | UIP4000hdT |
| N.A。 | 10 100L /分 | UIP16000 |
| N.A。 | 大きな | のクラスタ UIP16000 |
お問い合わせ！ / 私達に聞いてくれ！
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
- 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.
知る価値のある事実
グラフェン
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。
グラフェンは、単原子または二次元のグラフェン構造（単層グラフェン= SLG）と表現することができる、炭素原子1原子層の層です。グラフェンは非常に大きな比表面積と優れた機械的特性（ヤング率が1Tpa、固有強度が130GPa）を持ち、優れた電子および熱伝導率、電荷キャリア移動度、透明性を備え、ガス不透過性です。これらの材料特性のために、グラフェンは補強添加剤として使用され、複合体にその強度、導電率などを与える。グラフェンの特性を他の材料と組み合わせるためには、グラフェンを化合物に分散させるか、基板上に堆積させる。
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。