გრაფენის ნანოთრომბოციტები სინთეზირებული და დისპერსიული ზონდ-სონიკაციის საშუალებით

გრაფენის ნანოთრომბოციტების (GNP) სინთეზირება და დაშლა შესაძლებელია მაღალი ეფექტურობითა და საიმედოობით სონიკატორების გამოყენებით. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება გრაფიტის გასაწმენდად და რამდენიმე ფენიანი გრაფენის მისაღებად, რომელსაც ხშირად უწოდებენ გრაფენის ნანოთრომბოციტებს. Sonication ასევე აჯობებს გრაფენის ნანოთრომბოციტების შესანიშნავი განაწილების მიღწევას, როგორც დაბალ, ასევე მაღალ ბლანტულ სუსპენზიებში.

გრაფენის ნანოთრომბოციტების დამუშავება – უმაღლესი შედეგები Sonication-ით

გრაფენის ნანოთრომბოციტების დამუშავებისთვის, ზონდის ტიპის სონიკატორები ყველაზე ეფექტური, საიმედო და ადვილად გამოსაყენებელი ინსტრუმენტია. ვინაიდან ულტრაბგერითი გამოყენება შესაძლებელია გრაფენის ნანოთრომბოციტების სინთეზისთვის, დისპერსიისა და ფუნქციონალიზაციისთვის, სონიკატორები გამოიყენება გრაფენთან დაკავშირებული მრავალი აპლიკაციისთვის:

• ექსფოლაცია და სინთეზი ზონდის ტიპის სონიკატორები გამოიყენება გრაფიტის რამდენიმე ფენის გრაფენის ან გრაფენის ნანოთრომბოციტების გასაფანტად. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი არღვევს შრეთაშორის ძალებს და არღვევს გრაფიტს გრაფენის უფრო პატარა, ცალკეულ ფურცლებად.
• დისპერსია: თხევად გარემოში გრაფენის ნანოთრომბოციტების ერთგვაროვანი დისპერსიის მიღწევა გადამწყვეტია გრაფენთან დაკავშირებული ყველა გამოყენებისთვის. ზონდის ტიპის სონიკატორებს შეუძლიათ ნანოთრომბოციტების თანაბრად გაფანტვა სითხეში, რაც ხელს უშლის აგლომერაციას და უზრუნველყოფს სტაბილურ სუსპენზიას.
• ფუნქციონალიზაცია: Sonication ხელს უწყობს გრაფენის ნანოთრომბოციტების ფუნქციონალიზაციას ფუნქციური ჯგუფების ან მოლეკულების მათ ზედაპირებზე მიმაგრების ხელშეწყობით. ეს ფუნქციონალიზაცია აძლიერებს მათ თავსებადობას კონკრეტულ პოლიმერებთან ან მასალებთან.

გრაფენის ნანოთრომბოციტების სინთეზი გაჟღერების გზით

გრაფენის ნანოთრომბოციტები შეიძლება სინთეზირდეს ულტრაბგერითი დახმარებით გრაფიტის აქერცვლაში. ამიტომ, გრაფიტის სუსპენზია სონიფიცირებულია ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის გამოყენებით. ეს პროცედურა გამოცდილია ძალიან დაბალი (მაგ. 4wt% ან უფრო დაბალი) და მაღალი მყარი (მაგ. 10wt% ან მეტი) კონცენტრაციით.
 
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.

მიღებულია გრაფენის ნანოფურცლების მაღალი გარჩევადობის გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის სურათები
ულტრაბგერითი დახმარებით წყლის ფაზის დისპერსიით და ჰამერის მეთოდით.
(კვლევა და გრაფიკა: განემი და რეჰიმი, 2018)

რა განსხვავებაა გრაფენის ფურცლებსა და ნანოთრომბოციტებს შორის?

გრაფენის ფურცლები და გრაფენის ნანოთრომბოციტები ორივე ნანომასალაა, რომელიც შედგება გრაფენისგან, რომელიც არის ნახშირბადის ატომების ერთი ფენა, რომელიც განლაგებულია ექვსკუთხა ბადეში. ზოგჯერ გრაფენის ფურცლები და გრაფენის ნანოთრომბოციტები გამოიყენება როგორც ურთიერთშემცვლელი ტერმინები. მაგრამ მეცნიერულად, ამ გრაფენის ნანომასალებს შორის რამდენიმე განსხვავებაა: გრაფენის ფურცლებსა და გრაფენის ნანოთრომბოციტებს შორის ძირითადი განსხვავება მდგომარეობს მათ სტრუქტურასა და სისქეში. გრაფენის ფურცლები შედგება ნახშირბადის ატომების ერთი ფენისგან და განსაკუთრებით თხელია, ხოლო გრაფენის ნანოთრომბოციტები უფრო სქელია და შედგება გრაფენის მრავალჯერადი ფენისგან. ეს სტრუქტურული განსხვავებები შეიძლება გავლენა იქონიოს მათ თვისებებზე და შესაბამისობაზე კონკრეტული აპლიკაციებისთვის. ზონდის ტიპის სონიკატორების გამოყენება არის უაღრესად ეფექტური და ეფექტური ტექნიკა გრაფენის ერთშრიანი გრაფენის ფურცლების, აგრეთვე რამდენიმე ფენის დაწყობილი გრაფენის ნანოთრომბოციტების სინთეზის, დაშლისა და ფუნქციონალიზაციისთვის.

გრაფიკული ვიზუალიზაცია გრაფენის ნანოთრომბოციტების ულტრაბგერითი სინთეზის გამოყენებით sonicator UP100H
(კვლევა და გრაფიკა: განემი და რეჰიმი, 2018)

გრაფენის ნანოთრომბოციტების დისპერსია გახმოვანების გამოყენებით

გრაფენის ნანოთრომბოციტების (GNPs) ერთგვაროვანი დისპერსია გადამწყვეტია სხვადასხვა აპლიკაციებში, რადგან ის პირდაპირ გავლენას ახდენს მიღებული მასალების ან პროდუქტების თვისებებზე და შესრულებაზე. მაშასადამე, სონიკატორები დამონტაჟებულია გრაფენის ნანოთრომბოციტების დისპერსიებისთვის სხვადასხვა ინდუსტრიაში. შემდეგი ინდუსტრიები არის ულტრაბგერითი ენერგიის გამოყენების თვალსაჩინო მაგალითები:
 

• ნანო-კომპოზიტები: გრაფენის ნანოთრომბოციტები შეიძლება ჩართული იყოს სხვადასხვა ნანოკომპოზიტურ მასალებში, როგორიცაა პოლიმერები, მათი მექანიკური, ელექტრული და თერმული თვისებების გასაუმჯობესებლად. ზონდის ტიპის სონიკატორები ხელს უწყობენ ნანოთრომბოციტების ერთგვაროვან დაშლას პოლიმერული მატრიცის შიგნით, რაც იწვევს მასალის გაუმჯობესებულ შესრულებას.
• ელექტროდები და ბატარეები: გრაფენის ნანოთრომბოციტები გამოიყენება ბატარეებისა და სუპერკონდენსატორებისთვის მაღალი ხარისხის ელექტროდების შესაქმნელად. Sonication ეხმარება შექმნას კარგად გაფანტული გრაფენზე დაფუძნებული ელექტროდის მასალები გაზრდილი ზედაპირის ფართობით, რაც აუმჯობესებს ენერგიის შენახვის შესაძლებლობებს.
• კატალიზი: Sonication შეიძლება გამოყენებულ იქნას გრაფენის ნანოთრომბოციტების საფუძველზე კატალიზური მასალების მოსამზადებლად. გრაფენის ზედაპირზე კატალიზური ნანონაწილაკების ერთგვაროვან დისპერსიას შეუძლია გააძლიეროს კატალიზური აქტივობა სხვადასხვა რეაქციებში.
• სენსორები: გრაფენის ნანოთრომბოციტები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სენსორების წარმოებაში სხვადასხვა აპლიკაციებისთვის, მათ შორის გაზის ზონდირების, ბიოსენსინგისა და გარემოს მონიტორინგისთვის. Sonication უზრუნველყოფს ნანოთრომბოციტების ერთგვაროვან განაწილებას სენსორულ მასალებში, რაც იწვევს მგრძნობელობისა და მუშაობის გაუმჯობესებას.
• საიზოლაციო და ფილმები: ზონდის ტიპის სონიკატორები გამოიყენება გრაფენის ნანოთრომბოციტებზე დაფუძნებული საფარების და ფილმების მოსამზადებლად ელექტრონიკაში, აერონავტიკაში და დამცავ საფარებში გამოსაყენებლად. ერთგვაროვანი დისპერსია და სუბსტრატებთან სათანადო გადაბმა გადამწყვეტია ამ პროგრამებისთვის.
• ბიოსამედიცინო აპლიკაციები: ბიოსამედიცინო პროგრამებში, გრაფენის ნანოთრომბოციტები შეიძლება გამოყენებულ იქნას წამლების მიწოდების, ვიზუალიზაციისა და ქსოვილის ინჟინერიისთვის. Sonication ეხმარება გრაფენზე დაფუძნებული ნანონაწილაკების და კომპოზიტების მომზადებაში, რომლებიც გამოიყენება ამ პროგრამებში.

გრაფენის ნანოთრომბოციტების SEM გამოსახულებები (b) X3000 და (c) X8000
(კვლევა და სურათები: ©Alizadeh et al., 2018)

მეცნიერულად დადასტურებული შედეგები ულტრაბგერითი გრაფენის ნანოთრომბოციტების დისპერსიებისთვის

მეცნიერებმა გამოიყენეს Hielscher sonicators გრაფენის ნანოთრომბოციტების სინთეზისა და დისპერსიისთვის მრავალ კვლევაში და ენერგიულად გამოსცადეს ულტრაბგერითი გამოსხივების ეფექტი. ქვემოთ შეგიძლიათ იხილოთ გრაფენის ნანოთრომბოციტების წარმატებული შერევის რამდენიმე მაგალითი სხვადასხვა ნარევებში, როგორიცაა წყალხსნარი, ექსპოზიციური ფისები ან ნაღმტყორცნები.
 
ჩვეულებრივი პროცედურა გრაფენის ნანოთრომბოციტების საიმედო, სწრაფი ერთგვაროვანი დისპერსიისთვის არის შემდეგი პროცედურა:
დისპერსიისთვის, გრაფენის ნანოთრომბოციტები გაჟღენთილი იყო სუფთა აცეტონში Hielscher ულტრაბგერითი მიქსერის UP400S გამოყენებით თითქმის ერთი საათის განმავლობაში, რათა თავიდან აიცილონ გრაფენის ფურცლების აგლომერაცია. აცეტონი მთლიანად ამოღებულია აორთქლების შედეგად. შემდეგ, გრაფენის ნანოთრომბოციტები დაემატა ეპოქსიდური სისტემის 1 წონით % და ეპოქსიდურ ფისში გაჟღენთილი იყო 90 ვტ-ზე 15 წუთის განმავლობაში.
(შდრ. Cakir et al., 2016)
 
კიდევ ერთი კვლევა იკვლევს იონური სითხეზე დაფუძნებული ნანოსითხეების (იოონანთხევადების) გაძლიერებას გრაფენის ნანოთრომბოციტების დამატებით. უმაღლესი დისპერსიისთვის, გრაფენის ნანოთრომბოციტების, იონური სითხის და ნატრიუმის დოდეცილ ბენზოლის სულფონატის ნარევი ჰომოგენიზირებული იყო Hielscher ზონდის ტიპის სონიკატორის UP200S გამოყენებით დაახლოებით 90 წუთის განმავლობაში.
(შდრ. Alizadeh et al., 2018)

 
ტრაგაზიკისი და სხვ. (2019) მოხსენება გრაფენის ნანოთრომბოციტების ეფექტური ინკორპორაციის შესახებ ნაღმტყორცნებში. ამიტომ, წყალხსნარში გრაფენის სუსპენზიები წარმოიქმნა ნანოთრომბოციტების დამატებით - წონით, რომელიც ჩაწერილია მიღებულ მასალებში სასურველი სამიზნე შიგთავსით - ჩვეულებრივი ონკანის წყლისა და პლასტიზატორის ნარევებში და შემდგომში მაგნიტური მორევით 2 წუთის განმავლობაში. სუსპენზიები ჰომოგენიზირებული იყო ულტრაბგერითი 90 წუთის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე, Hielscher UP400S მოწყობილობის (Hielscher Ultrasonics GmbH) გამოყენებით, რომელიც აღჭურვილია 22 მმ-სონოტროდით, რომელიც უზრუნველყოფს სიმძლავრის გამტარუნარიანობას 4500 J/წთ 24 kHz სიხშირით. ენერგიის სიჩქარისა და გაჟღერების ხანგრძლივობის სპეციფიკური კომბინაცია დადგინდა, როგორც ოპტიმალური შეჩერების ხარისხის ულტრაბგერითი დამუშავების პარამეტრების ზედმიწევნითი გამოკვლევის შემდეგ.
(შდრ. Tragazikis et al., 2019)
 
ზაინალი და სხვ. (2018) თავიანთ კვლევაში აცხადებენ, რომ სათანადო დისპერსიული ტექნიკა, როგორიცაა სონიკა, უზრუნველყოფს ნანომასალებს, როგორიცაა გრაფენის ნანოთეფშები, შეუძლია გააძლიეროს შემავსებელი მასალების თვისებები. ეს გამოწვეულია იმით, რომ დისპერსია არის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი მაღალი ხარისხის ნანოკომპოზიტების წარმოებისთვის, როგორიცაა ეპოქსიდური გრუტი.

გრაფენის ნანოთრომბოციტების დამუშავების მაღალი ხარისხის სონიკატორები

Hielscher Ultrasonics არის ბაზრის ლიდერი, როდესაც საქმე ეხება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითებს ნანომასალების დამუშავებისთვის. Hielscher ზონდის ტიპის sonicators გამოიყენება მთელ მსოფლიოში ლაბორატორიებში და სამრეწველო გარემოში სხვადასხვა აპლიკაციებისთვის, გრაფენის ნანოთრომბოციტების დამუშავების ჩათვლით.
უახლესი ტექნოლოგია, გერმანული ოსტატობა და ინჟინერია, ისევე როგორც დიდი ხნის ტექნიკური გამოცდილება ხდის Hielscher Ultrasonics-ს თქვენს სასურველ პარტნიორს წარმატებული ულტრაბგერითი გამოყენებისთვის.

დიზაინი, წარმოება და კონსულტაცია – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში

Hielscher ულტრაბგერითები ცნობილია მათი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი მუშაობა საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების გლუვი ინტეგრაცია სამრეწველო ობიექტებში. უხეში პირობები და მომთხოვნი გარემო ადვილად უმკლავდება Hielscher ულტრაბგერითებს.

Hielscher Ultrasonics არის ISO სერთიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებული აქცენტი კეთდება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერაზე, რომელიც აღჭურვილია უახლესი ტექნოლოგიით და მომხმარებლის კეთილგანწყობით. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითები შეესაბამება CE და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: