გრაფენის ოქსიდი – ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია და დისპერგირება

ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია ფართოდ გამოყენებადი ტექნიკაა გრაფენის ოქსიდის მისაღებად, გრაფიტის ოქსიდის თხელ, ერთ- ან რამდენიმეფენიან გრაფენის ფურცლებად დაშლით. Hielscher-ის სონიკატორები ქმნიან ინტენსიურ აკუსტიკურ კავიტაციას, სადაც ენერგიაში მდიდარი ულტრაბგერითი ტალღები თხევად გარემოში ქმნიან მაღალენერგიულ მიკრობუშტებს. ამ დაცემული ბუშტების შექმნილი ძვრის ძალები გამოყოფენ გრაფიტის ოქსიდის ფენებს, ეფექტურად ექსფოლირებენ მათ გრაფენის ოქსიდის ნანოფურცლებად. ისარგებლეთ მაღალეფექტური ულტრაბგერითი ტექნოლოგიებით, რათა თქვენი გრაფენის ოქსიდზე დაფუძნებული გამოყენება ახალ დონეზე აიყვანოთ!

გრაფენის ოქსიდის ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია

გრაფენის ოქსიდი წყალში ხსნადია, ამფიფილური, არატოქსიკური, ბიოდეგრადირებადია და მარტივად დისპერგირდება სტაბილურ კოლოიდებად. ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია და დისპერგირება არის ძალიან ეფექტური, სწრაფი და ეკონომიური მეთოდი გრაფენის ოქსიდის სინთეზის, დისპერგირებისა და ფუნქციონალიზაციისთვის სამრეწველო მასშტაბით. შემდგომი დამუშავებისას, ულტრაბგერითი დისპერგატორები ქმნიან მაღალეფექტურ გრაფენის ოქსიდი-პოლიმერულ კომპოზიტებს.

ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის უპირატესობები

ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია გთავაზობთ რამდენიმე უპირატესობას, მათ შორის სიმარტივეს, მასშტაბირებადობას და ეკოლოგიურ სისუფთავეს, რადგან ის ჩვეულებრივ არ მოითხოვს მკაცრ ქიმიკატებს ან რთულ დამუშავებას. გარდა ამისა, ის საშუალებას იძლევა ზუსტი კონტროლი გრაფენის ოქსიდის ნანოფურცლების ზომასა და სისქეზე, რაც მნიშვნელოვანია მათი თვისებების დასარეგულირებლად სხვადასხვა გამოყენებისთვის.

ვიდეოში ნაჩვენებია გრაფიტის ულტრაბგერითი შერევა და დისპერგირება 250mL ეპოქსიდურ ფისში (Toolcraft L), ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორის (UP400St, Hielscher Ultrasonics) გამოყენებით. Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მოწყობილობებს გრაფიტის, გრაფენის, ნახშირბადის ნანომილების, ნანომავთულებისა თუ შემავსებლების დისპერგირებისთვის ლაბორატორიაში ან დიდი მოცულობის საწარმოო პროცესებში. ტიპური გამოყენებებია ნანომასალებისა და მიკრომასალების დისპერგირება ფუნქციონალიზაციის პროცესში ან მათი დისპერგირება ფისებსა თუ პოლიმერებში.

პროტოკოლი: გრაფენის ოქსიდის ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია

იმისათვის, რომ კონტროლდებოდეს გრაფენის ოქსიდის (GO) ნანოფურცლების ზომა, ექსფოლიაციის მეთოდი მნიშვნელოვან როლს თამაშობს. მისი ზუსტად კონტროლირებადი პროცესის პარამეტრების გამო, ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებადი დელამინაციის ტექნიკა მაღალი ხარისხის გრაფენისა და გრაფენის ოქსიდის წარმოებისთვის.
გრაფიტის ოქსიდიდან გრაფენის ოქსიდის ულტრაბგერითი ექსფოლიაციისთვის ხელმისაწვდომია სხვადასხვა პროტოკოლი. იხილეთ გრაფენის ოქსიდის ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის მაგალითი პროტოკოლი ქვემოთ:
გრაფიტის ოქსიდის ფხვნილი იხსნება წყალხსნარ KOH-ში pH მნიშვნელობით 10. ექსფოლიაციისა და შემდგომი დისპერგირებისთვის გამოიყენება პრობის ტიპის ულტრაბგერითი სონიკატორი UP200St (200W). შემდეგ, K+ იონები მიერთდება გრაფენის ბაზალურ სიბრტყეზე დაბერების პროცესის ინდუქციისთვის. დაბერება მიიღწევა როტაციური აორთქლების პირობებში (2 h). ზედმეტი K+ იონების მოსაშორებლად, ფხვნილი რამდენჯერმე ირეცხება და ცენტრიფუგირდება.
მიღებული ნარევი ცენტრიფუგირდება და იყინება და ლიოფილიზაციით შრება, ისე რომ ილექება დისპერგირებადი გრაფენის ოქსიდის ფხვნილი.
გრაფენის ოქსიდის გამტარი პასტის მომზადება: გრაფენის ოქსიდის ფხვნილი შეიძლება დისპერგირდეს დიმეთილფორმამიდში (DMF) ულტრაბგერითი დამუშავების პირობებში გამტარი პასტის მისაღებად. (Han et al.2014)

ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია ფართოდ გამოიყენება გრაფენის ნანოფურცლებისა და გრაფენის ოქსიდის მისაღებად. Hielscher-ის ულტრაბგერითი სისტემები დამაჯერებელია, როგორც ძალიან ეფექტური, ეკონომიური და სწრაფი სინთეზის ტექნიკა გრაფენისთვის, რომლებიც გამოიყენება დიდი სლაურის ნაკადებისთვის და გამოიყენება გრაფენის მასობრივი წარმოებისთვის.
სურათის წყარო: Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.

ულტრაბგერითი გრაფენის ოქსიდის ექსფოლიაციის მექანიზმი
(სურ.: Potts et al. 2011)

გრაფენის ოქსიდის ულტრაბგერითი ფუნქციონალიზაცია

ულტრაბგერითი დამუშავება წარმატებით გამოიყენება გრაფენის ოქსიდის (GO) პოლიმერებში და კომპოზიტებში ჩასართავად.
მაგალითები:

გრაფენის ოქსიდი-TiO2 მიკროსფერული კომპოზიტი
პოლისტირენ-მაგნეტიტი-გრაფენის ოქსიდის კომპოზიტი (გული–გარსის სტრუქტურა)
პოლისტირენის აღდგენილი გრაფენის ოქსიდის კომპოზიტები
პოლიანილინის ნანოფიბრით დაფარული პოლისტირენი/გრაფენის ოქსიდი (PANI-PS/GO) გული გარსის კომპოზიტი
პოლისტირენით ინტერკალირებული გრაფენის ოქსიდი
p-ფენილენდიამინ-4vinylbenzen-პოლისტირენით მოდიფიცირებული გრაფენის ოქსიდი

ულტრაბგერითი ექსფოლიაციით მიღებული გრაფენის ოქსიდის გამოყენება

ულტრაბგერითი ექსფოლიაციით მიღებულ გრაფენის ოქსიდს აქვს ფართო გამოყენება სხვადასხვა სფეროში. ელექტრონიკაში ის გამოიყენება მოქნილ გამტარ ფირებში და სენსორებში; ენერგიის შენახვაში ის ზრდის ბატარეებისა და სუპერკონდენსატორების ეფექტურობას. გრაფენის ოქსიდის ანტიბაქტერიული თვისებები მას ღირებულს ხდის ბიომედიცინურ გამოყენებებში, ხოლო მისი მაღალი ზედაპირის ფართობი და ფუნქციური ჯგუფები ხელსაყრელია კატალიზსა და გარემოს გაჯანსაღებაში. ჯამში, ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია ხელს უწყობს მაღალი ხარისხის გრაფენის ოქსიდის ეფექტურ წარმოებას თანამედროვე ტექნოლოგიებში გამოსაყენებლად.

ისწავლეთ მაღალი ხარისხის ერთშრიანი გრაფენის მიღება ულტრაბგერითი ექსფოლიაციით, მაღალი სიმძლავრის ზონდური სონიკატორების გამოყენებით. სონიკაცია მარტივი, ეფექტიანი და მასშტაბირებადი მეთოდია გრაფენის დისპერსიების მისაღებად მაღალი გამოსავლიანობითა და ფურცლების შესანიშნავი ხარისხით.

სონიკატორები გრაფენისა და გრაფენის ოქსიდის დამუშავებისთვის

Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით სისტემებს გრაფენისა და გრაფენის ოქსიდის ექსფოლიაციისთვის, დისპერგირებისთვის და დამუშავებისთვის. სანდო ულტრაბგერითი პროცესორები და დახვეწილი რეაქტორები უზრუნველყოფენ ზუსტ კონტროლს, რაც საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი პროცესები დარეგულირდეს სასურველი მიზნებისთვის.
ერთი მნიშვნელოვანი პარამეტრია ულტრაბგერითი ამპლიტუდა, რომელიც განსაზღვრავს ულტრაბგერითი პრობის ვიბრაციული გაფართოებასა და შეკუმშვას. Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერითი სონიკატორები უზრუნველყოფენ მაღალ ამპლიტუდებს, 200µm-მდე, უწყვეტი 24/7 ექსპლუატაციით. უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად შექმნილი ულტრაბგერითი პრობები. ყველა პროცესორი შეიძლება ზუსტად დაკონფიგურირდეს პროცესის პირობებზე და მონიტორინგდეს ჩაშენებული პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით, რაც უზრუნველყოფს სანდოობას, მუდმივ ხარისხს და რეპროდუცირებად შედეგებს.
Hielscher-ის სონიკატორები მდგრადია და შეუძლიათ უწყვეტი მუშაობა მძიმე პირობებში, რაც ულტრაბგერით დამუშავებას ხდის პრიორიტეტულ წარმოების ტექნოლოგიას მასშტაბური გრაფენის, გრაფენის ოქსიდისა და გრაფიტის მასალების მომზადებისთვის.
ულტრაბგერითი სონიკატორებისა და აქსესუარების ფართო პროდუქტების რიგი, მათ შორის სონოტროდები და რეაქტორები სხვადასხვა ზომისა და გეომეტრიის, საშუალებას იძლევა შეირჩეს ოპტიმალური რეაქციის პირობები და ფაქტორები, როგორიცაა რეაგენტები, ულტრაბგერითი ენერგიის შეყვანა, წნევა, ტემპერატურა და მოცულობითი ხარჯი, უმაღლესი ხარისხის მისაღწევად. Hielscher-ის ულტრაბგერითი რეაქტორები შეუძლიათ წნევის შექმნა რამდენიმე ასეულ barg-მდე, რაც საშუალებას იძლევა მაღალი სიბლანტის პასტების ულტრაბგერითი დამუშავების, რომელთა სიბლანტე აღემატება 250 000 სანტიპუაზს.
ულტრაბგერითი დელამინაცია და ექსფოლიაცია აღემატება ტრადიციულ ტექნიკებს ამ ფაქტორების გამო.

დაგვიკავშირდით! / გვკითხეთ!

გთხოვთ, გამოიყენოთ ქვემოთ მოცემული ფორმა, თუ გსურთ დამატებითი ინფორმაციის მოთხოვნა ულტრაბგერითი ჰომოგენიზაციის შესახებ. სიამოვნებით შემოგთავაზებთ ულტრაბგერით სისტემას, რომელიც თქვენს მოთხოვნებს შეესაბამება.

ელფოსტის მისამართი (სავალდებულო)

ტელეფონის ნომერი

სახელი

ინტერესის სფერო

იმისათვის, რომ მეტი გაიგოთ ულტრაბგერითი გრაფენის სინთეზის, დისპერგირებისა და ფუნქციონალიზაციის შესახებ, გთხოვთ, დააჭირეთ აქ:

ცნობისმოყვარეობის ღირსი ფაქტები

ულტრაბგერა და კავიტაცია: როგორ ხდება გრაფიტის ექსფოლიაცია გრაფენის ოქსიდამდე ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით?

გრაფიტის ოქსიდის (GrO) ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია ეფუძნება მაღალ ძვრის ძალას, რომელიც ინდუცირდება აკუსტიკური კავიტაციით. აკუსტიკური კავიტაცია წარმოიქმნება მონაცვლეობითი მაღალი წნევის / დაბალი წნევის ციკლების გამო, რომლებიც გენერირდება ძლიერი ულტრაბგერითი ტალღების შეერთებით სითხეში. დაბალი წნევის ციკლების დროს წარმოიქმნება ძალიან მცირე სიცარიელეები ან ვაკუუმის ბუშტები, რომლებიც იზრდებიან მონაცვლეობითი დაბალი წნევის ციკლების განმავლობაში. როდესაც ვაკუუმის ბუშტები აღწევენ ისეთ ზომას, სადაც ისინი ვერ შეუძლიათ მეტი ენერგიის შთანთქმა, ისინი ძალადობრივად იშლებიან მაღალი წნევის ციკლის დროს. ბუშტის იმპლოზია იწვევს კავიტაციურ ძვრის ძალებსა და დაძაბულობის ტალღებს, ექსტრემალურ ტემპერატურას 6000K-მდე, ექსტრემალურ გაგრილების სიჩქარეებს 10¹⁰K/s-ზე მეტი, ძალიან მაღალ წნევებს 2000atm-მდე, ექსტრემალურ წნევის სხვაობებს, ასევე სითხის ჯეტებს 1000km/h-მდე (∼280m/s).
ეს ინტენსიური ძალები მოქმედებენ გრაფიტის სტეკებზე, რომლებიც დელამინირდებიან ერთ- ან რამდენიმეფენიან გრაფენის ოქსიდისა და პრისტინული გრაფენის ნანოფურცლებად.

რა არის გრაფენის ოქსიდი?

გრაფენის ოქსიდი (GO) სინთეზირდება გრაფიტის ოქსიდის (GrO) ექსფოლიაციით. სანამ გრაფიტის ოქსიდი არის 3D მასალა, რომელიც შედგება მილიონობით გრაფენის ფენისგან ინტერკალირებული ჟანგბადით, გრაფენის ოქსიდი არის მონო- ან რამდენიმეფენიანი გრაფენი, რომელიც ორივე მხრიდან ჟანგბადითაა დამუშავებული.
გრაფენის ოქსიდი და გრაფენი განსხვავდებიან ერთმანეთისგან შემდეგი თვისებებით: გრაფენის ოქსიდი არის პოლარული, მაშინ როცა გრაფენი არაპოლარულია. გრაფენის ოქსიდი არის ჰიდროფილური, მაშინ როცა გრაფენი ჰიდროფობური.
ეს ნიშნავს, რომ გრაფენის ოქსიდი არის წყალში ხსნადი, ამფიფილური, არატოქსიკური, ბიოდეგრადირებადი და ქმნის სტაბილურ კოლოიდურ სუსპენზიებს. გრაფენის ოქსიდის ზედაპირი შეიცავს ეპოქსიდის, ჰიდროქსილის და კარბოქსილის ჯგუფებს, რომლებიც ხელმისაწვდომია კატიონებთან და ანიონებთან ურთიერთქმედებისთვის. მათი უნიკალური ორგანული–არაორგანული ჰიბრიდული სტრუქტურისა და გამორჩეული თვისებების გამო, GO–პოლიმერული კომპოზიტები გთავაზობენ მაღალ პოტენციალს მრავალფეროვანი სამრეწველო გამოყენებებისთვის. (Tolasz et al. 2014)

რა არის აღდგენილი გრაფენის ოქსიდი?

აღდგენილი გრაფენის ოქსიდი (rGO) მზადდება გრაფენის ოქსიდის ულტრაბგერითი, ქიმიური ან თერმული აღდგენით. აღდგენის ეტაპზე, გრაფენის ოქსიდის ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფების უმეტესობა მოცილდება, ისე რომ მიღებული აღდგენილი გრაფენის ოქსიდის (rGO) თვისებები ძალიან მსგავსი იყოს პრისტინული გრაფენის თვისებებთან. თუმცა, აღდგენილი გრაფენის ოქსიდი (rGO) არ არის დეფექტებისგან თავისუფალი და პრისტინული, როგორც სუფთა გრაფენი.

ლიტერატურა/რეფერენსები

FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl₂O₄ ceramic. 10th SPBMat Brazil.
Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.