გრაფენის ულტრაბგერითი დისპერსია
გრაფენის კომპოზიტებში ჩასართავად აუცილებელია გრაფენის ცალკეულ ნანოფურცლებად დაშლა ან ექსფოლიაცია მთელი ფორმულირების მასშტაბით თანაბრად. რაც უფრო სრულყოფილად ხდება გრაფენის აგლომერატების დაშლა, მით უკეთესად გამოიყენება მისი განსაკუთრებული მასალის თვისებები. ულტრაბგერითი დისპერსია უზრუნველყოფს ნაწილაკების უმაღლესი ხარისხის განაწილებას და დისპერსიის სტაბილურობას, მაღალი კონცენტრაციებისა და სიბლანტის პირობებშიც კი. ეს მეთოდი უზრუნველყოფს შესანიშნავ დისპერსიის ხარისხს, რომელიც ბევრად აღემატება ტრადიციული შერევის ტექნიკებს.
გრაფენის ულტრაბგერითი დისპერსია
იმისათვის, რომ კომპოზიტებს გრაფენის შესანიშნავი თვისებები, როგორიცაა სიმტკიცე, მიენიჭოს, გრაფენი უნდა იყოს თანაბრად გადანაწილებული მატრიცაში ან დატანილი სუბსტრატზე თხელფირიანი საფარის სახით. მიღებული მასალის თვისებებზე გავლენას ახდენს ძირითადი ფაქტორები, მათ შორის აგლომერაცია, სედიმენტაცია და დისპერსია მატრიცაში ან ნაწილაკების განაწილება სუბსტრატზე.
გრაფენის ჰიდროფობური ბუნების გამო, სტაბილური და მაღალკონცენტრირებული დისპერსიის შექმნა სურფაქტანტების ან დისპერგატორების გარეშე რთულია. ვან დერ ვაალსის ძალების დასაძლევად საჭიროა ძლიერი ძვრის ძალები, რომლებიც ეფექტურად შეიძლება შეიქმნას ულტრაბგერითი კავიტაციით. ეს მეთოდი ყველაზე დახვეწილია სტაბილური დისპერსიების მოსამზადებლად.
სამრეწველო სონიკატორები გრაფენის მაღალი წარმადობის დისპერსიისთვის.
ულტრაბგერითი დისპერგატორის, როგორიცაა 2kW სონიკატორი UIP2000hdT, 4kW სონიკატორი UIP4000hdT, 6kW სონიკატორი UIP6000hdT ან 16kW სონიკატორი UIP16000hdT, გამოყენებით შესაძლებელია მარტივად მომზადდეს გრაფენი მაღალი ელექტროგამტარობით (712 S·m-1), კარგი დისპერსიულობით და მაღალი კონცენტრაციით. ულტრაბგერითი დამუშავება ასევე საშუალებას იძლევა მომზადდეს სტაბილური გრაფენის დისპერსია დაახლოებით 65°C-ის დაბალ პროცესის ტემპერატურაზე.
მეტი ინფორმაცია და ტექნიკური დეტალები Hielscher-ის სამრეწველო პრობ-ტიპის სონიკატორების შესახებ გრაფენის ექსფოლიაციისა და დისპერსიისთვის შეგიძლიათ იხილოთ აქ:
- UIP1000hdT (1000 ვატი სიმძლავრის ულტრაბგერა)
- UIP2000hdT (2000 ვატი სიმძლავრის ულტრაბგერა)
- UIP4000hdT (4000 ვატი სიმძლავრის ულტრაბგერა)
- UIP6000hdT (6000 ვატი სიმძლავრის ულტრაბგერა)
- UIP16000hdT (16 000 ვატი სიმძლავრის ულტრაბგერა)
ყველა Hielscher სონიკატორი საშუალებას იძლევა ზუსტი კონტროლი განხორციელდეს ყველა მნიშვნელოვან პროცესის პარამეტრზე, ულტრაბგერითი დისპერსიის ტექნოლოგია თავიდან იცილებს გრაფენის ქიმიური და კრისტალური სტრუქტურების დაზიანებას – რის შედეგადაც მიიღება ხარისხიანი, დეფექტების გარეშე გრაფენის ფურცლები.
Hielscher-ის მძლავრი ულტრაბგერითი სონიკატორები შეუძლიათ გრაფენისა და გრაფიტის დამუშავება დიდი მოცულობებით, მაგალითად, თხევადფაზიანი ექსფოლიაციისა და გრაფენის დისპერსიისთვის. პროცესის პარამეტრების ზუსტი კონტროლი საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი პროცესების უწყვეტი მასშტაბირება ლაბორატორიული სტენდიდან სრულ სამრეწველო წარმოებამდე.
ულტრაბგერით ექსფოლირებული რამდენიმეფენიანი გრაფენი დაახლოებით 3-4 ფენით და დაახლოებით 1μm ზომით შეიძლება (გადა)დისპერგირდეს სულ მცირე 63 mg/mL კონცენტრაციებში.
გრაფენის ნანოპლატინების SEM სურათები (b) X3000 და (c) X8000 გადიდებით
(კვლევა და სურათები: ©Alizadeh et al., 2018)
- მაღალი ხარისხის გრაფენი
- მაღალი წარმადობა / მაღალი გამოსავლიანობა
- თანაბარი დისპერსია
- მაღალი კონცენტრაცია
- მაღალი სიბლანტე
- სწრაფი პროცესი
- დაბალი ღირებულება
- მაღალი ეფექტურობა
- ეკოლოგიურად სუფთა
7kW ულტრაბგერითი რეაქტორი გრაფენის დისპერსიებისთვის
ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები და დისპერგატორები გრაფენისთვის
Hielscher Ultrasonics უზრუნველყოფს მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით სისტემებს მასიური ფენოვანი გრაფენისა და გრაფიტის ერთ-, ორ- და რამდენიმეფენიან გრაფენად დასაშლელად და დისპერსიისთვის. მათი საიმედო ულტრაბგერითი პროცესორები და თანამედროვე რეაქტორები უზრუნველყოფენ საჭირო სიმძლავრესა და ზუსტ კონტროლს კონკრეტული პროცესული მიზნების მისაღწევად.
ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პროცესული პარამეტრია ულტრაბგერითი ამპლიტუდა, რომელიც არის ვიბრაციული გადაადგილება ულტრაბგერითი რქის წვერზე. Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერითი სონიკატორები შექმნილია ძალიან მაღალი ამპლიტუდების მისაღებად, უწყვეტი ექსპლუატაციით 200µm-მდე. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად შექმნილი ულტრაბგერითი პრობები. ყველა Hielscher სონიკატორის პროცესული პარამეტრები შესაძლებელია ზუსტად იყოს მორგებული საჭირო პროცესულ პირობებზე და მონიტორინგდებოდეს ჩაშენებული პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით, რაც უზრუნველყოფს მაღალ საიმედოობას, სტაბილურ ხარისხს და რეპროდუცირებად შედეგებს. Hielscher სონიკატორების მყარი დიზაინი განკუთვნილია 24/7 ექსპლუატაციისთვის მძიმე პირობებში, რაც ულტრაბგერით დამუშავებას აქცევს ერთ- და რამდენიმეფენიანი გრაფენის ნანოფურცლების მასშტაბური წარმოებისთვის სასურველ ტექნოლოგიად.
Hielscher გთავაზობთ ულტრაბგერითი სონიკატორებისა და აქსესუარების ფართო არჩევანს, მათ შორის სონოტროდებს და სხვადასხვა ზომისა და გეომეტრიის რეაქტორებს. ეს საშუალებას იძლევა შეირჩეს ოპტიმალური რეაქციის პირობები და ფაქტორები, როგორიცაა რეაგენტები, მოცულობაზე ულტრაბგერითი ენერგიის შეყვანა, წნევა, ტემპერატურა და ნაკადის სიჩქარე, უმაღლესი ხარისხის მისაღწევად. მათი ულტრაბგერითი რეაქტორები შესაძლებელია დაიწნეხოს რამდენიმე ასეულ barg-მდე, რაც მაღალი სიბლანტის პასტების (250 000 სანტიპუაზამდე) ულტრაბგერით დამუშავებას შესაძლებელს ხდის.
ეს შესაძლებლობები ულტრაბგერით დელამინაციას, ექსფოლიაციასა და დისპერსიას ტრადიციული წმენდისა და დაფქვის ტექნიკებზე უფრო ეფექტურს ხდის.
Hielscher სონიკატორები არის ყველაზე თანამედროვე ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ბაზარზე. ისარგებლეთ Hielscher სონიკატორების მრავალი სარგებლით!
გრაფიკა, რომელიც აჩვენებს გრაფენის ნანოპლატინების ულტრაბგერით სინთეზს UP100H სონიკატორის გამოყენებით
(კვლევა და გრაფიკა: Ghanem and Rehim, 2018)
Hielscher სონიკატორები გრაფენისთვის:
- მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა
- მაღალი ძვრის ძალები
- მაღალი წნევების გამოყენების შესაძლებლობა
- ზუსტი კონტროლი
- უწყვეტი მასშტაბირებადობა (წრფივი)
- პარტიული და ნაკადი
- რეპროდუცირებადი შედეგები
- საიმედოობა
- მტკიცე კონსტრუქცია
- მაღალი ენერგოეფექტურობა
ფაქტები, რომლებიც ღირს ცოდნა
რა არის გრაფენი?
გრაფენი არის ნახშირბადის ერთი ატომის სისქის ფენა, რომელიც შეიძლება აღიწეროს, როგორც გრაფენის ერთფენიანი ან 2D სტრუქტურა (ერთფენიანი გრაფენი = SLG). გრაფენს აქვს არაჩვეულებრივად დიდი კუთრი ზედაპირის ფართობი და უმაღლესი მექანიკური თვისებები (იუნგის მოდული 1 TPa და შიდა სიმტკიცე 130 GPa), აქვს შესანიშნავი ელექტრო და თერმული გამტარობა, მუხტის მატარებლების მოძრაობადობა, გამჭვირვალობა და არის გაზგაუმტარი. ამ მასალის თვისებების გამო, გრაფენი გამოიყენება, როგორც გამაგრებელი დანამატი კომპოზიტების სიმტკიცის, გამტარობის და სხვა თვისებების მისაცემად. იმისათვის, რომ გრაფენის თვისებები გაერთიანდეს სხვა მასალებთან, გრაფენი უნდა იყოს დისპერგირებული ნაერთში ან დაფაროს სუბსტრატი თხელფენოვანი საფარით.
ხშირად გამოყენებული ზოგადი გამხსნელები, რომლებიც ხშირად გამოიყენება სითხის ფაზად გრაფენის ნანოფურცლების დასადისპერსებლად, მოიცავს დიმეთილსულფოქსიდს (DMSO), N,N-დიმეთილფორმამიდს (DMF), N-მეთილ-2-პიროლიდონს (NMP), ტეტრამეთილურეას (TMU), ტეტრაჰიდროფურანს (THF), პროპილენკარბონატაცეტონს (PC), ეთანოლს და ფორმამიდს.
შესაძლებელია თუ არა გრაფენის დისპერსია წყალში?
დიახ, გრაფენი შესაძლებელია დისპერგირებული იყოს წყალში ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების, პოლიმერების ან სხვა სტაბილიზატორების გამოყენებით აგრეგაციის თავიდან ასაცილებლად და დისპერსიის სტაბილურობის შესანარჩუნებლად. საიმედო დისპერსიული აღჭურვილობა, როგორიცაა პრობის ტიპის სონიკატორები, ასევე მნიშვნელოვან როლს თამაშობს გრაფენის დისპერსიაში, ულტრაბგერითი ენერგიის გამოყენებით აგლომერატების დასაშლელად და გრაფენის ნაწილაკების ზომის შესამცირებლად, რაც ხელს უწყობს უფრო ერთგვაროვანი და სტაბილური დისპერსიის მიღწევას სითხის გარემოში.
შესაძლებელია თუ არა გრაფენის ოქსიდის გახსნა წყალში?
დიახ, გრაფენის ოქსიდი შესაძლებელია გაიხსნას წყალში მისი ჟანგბადშემცველი ფუნქციური ჯგუფების გამო, რომლებიც ზრდიან მის ჰიდროფილურობას და საშუალებას აძლევენ მას შექმნას სტაბილური წყალხსნარის დისპერსიები.
რა არის გრაფენის დისპერსიისთვის საუკეთესო გამხსნელი?
გრაფენის დისპერსიისთვის საუკეთესო გამხსნელია N-მეთილ-2-პიროლიდონი (NMP) მისი მაღალი პოლარობისა და გრაფენის ფურცლების სტაბილიზაციის უნარის გამო, რაც იწვევს ერთგვაროვან და სტაბილურ დისპერსიას.
რატომ არ არის გრაფენი წყალში ხსნადი?
გრაფენი წყალში უხსნადია, რადგან მას აკლია ფუნქციური ჯგუფები, რომლებიც წყლის მოლეკულებთან ურთიერთქმედებას შეძლებენ, რაც მას ჰიდროფობურს ხდის და გრაფენის ფურცლებს შორის არსებული ძლიერი ვან-დერ-ვაალსის ძალების გამო აგრეგაციისკენ მიდრეკილს.
რატომ გამოიყენება გრაფენი კომპოზიტებში?
გრაფენი ერთი ატომის სისქის გამო ყველაზე თხელია, დაახლოებით 0,77 mg წონის გამო 1m2 ყველაზე მსუბუქი, ხოლო 150 000 000 psi (ფოლადზე 100-300-ჯერ უფრო ძლიერი) გაჭიმვის სიხისტისა და 130 000 000 000 პასკალი გაჭიმვის სიმტკიცის გამო ცნობილ ყველაზე ძლიერი მასალაა.
გარდა ამისა, გრაფენი საუკეთესო თბოგამტარია (ოთახის ტემპერატურაზე (4,84±0,44) × 103 დან (5,30±0,48) × 103 W·m-11·K-1) და საუკეთესო ელექტროგამტარია (ელექტრონების მობილურობა მაღალია ვიდრე 15 000 cm2·V-1·s-1).
გრაფენის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი ოპტიკური თვისებები, თეთრი სინათლის πα≈2,3% შთანთქმით და გამჭვირვალობა.
გრაფენის მატრიცებში ჩართვით, შესაძლებელია ამ შესანიშნავი მასალის თვისებების გადატანა მიღებულ კომპოზიტზე, რომელიც უნიკალურ ფუნქციურობას სთავაზობს. ასეთი გრაფენით გაძლიერებული კომპოზიტები მასალის განვითარებისა და სამრეწველო გამოყენებისთვის ახალ შესაძლებლობებს ქმნის. მისი თვისებების გამო, გრაფენი და გრაფენის კომპოზიტები უკვე ფართოდ არის გავრცელებული მაღალი წარმადობის ბატარეების, სუპერკონდენსატორების, გამტარი მელნების, საფარების, ფოტოელექტრული სისტემებისა და ელექტრონული მოწყობილობების წარმოებაში
Hielscher-ის სონიკატორები უზრუნველყოფენ საჭირო მაღალ ძვრის ძალებს ვან-დერ-ვაალსის ძალების დასაძლევად, რათა გრაფენის ნანოფურცლები ერთგვაროვნად განაწილდეს კომპოზიტურ მატრიცებში. გრაფენითა და გრაფენის ოქსიდით გაძლიერებული ნანოკომპოზიტების წარმოებისთვის გამოიყენება ულტრაბგერითი დისპერგატორები, როგორიცაა UIP2000hdT ან UIP16000.
ლიტერატურა/წყაროები
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო ზომამდე.