წყალში დისპერსიული გრაფენის ულტრაბგერითი ექსფოლაცია
- მონო- და ორშრიანი გრაფენის ნანოფურცლები შეიძლება სწრაფად გამომუშავდეს ულტრაბგერითი აქერცვლით მაღალი გამტარუნარიანობით და დაბალ ფასად.
- ულტრაბგერითი აქერცლილი გრაფენის ფუნქციონირება შესაძლებელია ბიოპოლიმერებით წყალში დისპერსიული გრაფენის მისაღებად.
- ულტრაბგერითი კავიტაციის საშუალებით, სინთეზირებული გრაფენი შეიძლება შემდგომ გადამუშავდეს წყალზე დაფუძნებულ სტაბილურ დისპერსიად.
მაღალი ხარისხის გრაფენის ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია
ულტრაბგერითი დამუშავება საიმედო მეთოდია გრაფიტის ფანტელებისგან ან ნაწილაკებისგან გრაფენის ფენების (მონო-, ორ- და რამდენიმე ფენის გრაფენის) წარმოებისთვის. მაშინ როცა სხვა გავრცელებული აქერცვლა ტექნიკა, როგორიცაა ბურთულა და რულეტის წისქვილები ან მაღალი ათვლის მიქსერები, დაკავშირებულია დაბალ ხარისხთან და აგრესიული რეაგენტებისა და გამხსნელების გამოყენებასთან, ულტრაბგერითი აქერცვლის მეთოდი არწმუნებს მისი მაღალი ხარისხის გამომუშავებით, პროცესის მაღალი სიმძლავრით და რბილი დამუშავების პირობებით.
ულტრაბგერითი კავიტაცია ქმნის ინტენსიურ ათვლის ძალებს, რომლებიც გამოყოფენ დაწყობილ გრაფიტის ფენებს მონო-, ორ და რამდენიმე ფენად დეფექტისგან თავისუფალ გრაფენად.
წყალში დისპერსიული გრაფენის ფურცლები Sonication-ის საშუალებით
ულტრაბგერითი დამუშავება ეფექტური პროცედურაა განმეორებადი შედეგებით წყალში ან ორგანულ გამხსნელებში ნახშირბადის მილების გასახსნელად.[/caption]ნორმალურ პირობებში გრაფენი ძნელად იშლება წყალში და აყალიბებს აგრეგატებსა და აგლომერატებს წყალში გაფანტვისას. ვინაიდან წყლის სისტემებს აქვს მნიშვნელოვანი უპირატესობები, რომ იყოს იაფი, არატოქსიკური, ეკოლოგიურად სუფთა, წყალზე დაფუძნებული გრაფენის სისტემები უაღრესად მიმზიდველია გრაფენის მწარმოებლებისთვის და ქვედა დინების ინდუსტრიისთვის.
წყალში დისპერსიული გრაფენის ნანოფურცლების მისაღებად, ულტრაბგერითი აქერცლილი გრაფენი მოდიფიცირებულია პოლისაქარიდებით/ბიოპოლიმერებით, როგორიცაა პულულანი, ქიტოზანი, ალგინატი, ჟელატინი ან არაბული რეზინა.
- მაღალი ხარისხის გრაფენი
- მაღალი სარგებელი
- წყლის დაფუძნებული დისპერსია
- მაღალი კონცენტრაცია
- მაღალი ეფექტურობის
- სწრაფი პროცესი
- დაბალი ფასი
- მაღალი გამტარუნარიანობა
- ეკოლოგიურად სუფთა
ულტრაბგერითი რეაქტორი ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი სამრეწველო მასშტაბის გრაფენის აქერცლისთვის
ულტრაბგერითი გამოყენებით გრაფიტის პირდაპირი ექსფოლაციის პროტოკოლი
არაიონური პულულანი და ანიონური ალგინატი (1.0 გ) ცალ-ცალკე იხსნება 20 მლ გამოხდილ წყალში, ხოლო კათიონური ქიტოზანი (0.4 გ) იხსნება 20 მლ გამოხდილ წყალში 1 wt% ძმარმჟავასთან ერთად. გრაფიტის ფხვნილი დაარბიეს ბიოპოლიმერის წყალხსნარში და დამუშავდა ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი UP200S (მაქსიმალური სიმძლავრე 200 W, სიხშირე 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, გერმანია), რომელიც აღჭურვილი იყო ტიტანის სონოტროდით (მიკრო წვერი S3, წვერის დიამეტრი 3 მმ, მაქსიმალური ამპლიტუდი). 210 μm, აკუსტიკური სიმძლავრის სიმკვრივე ან ზედაპირის ინტენსივობა 460 W სმ-2) შემდეგ პირობებში: 0.5 ციკლი და 50% ამპლიტუდა, შესაბამისად 10, 20, 30 და 60 წთ. საუკეთესო შედეგები მიღწეული იქნა 30 წთ სონიკაციის დროს. გაჟღენთილი იქნა გამოყენებული 16,25 ვტ სიმძლავრეზე 30 წუთის განმავლობაში, ენერგიის მოხმარებით (ენერგიის გამომუშავება ერთეულ მოცულობაზე) 731 Ws ml-1.
შემდგომში, ნარევები ცენტრიფუგირებულ იქნა 1500 rpm-ზე 60 წუთის განმავლობაში, რათა ამოეღოთ გრაფიტის ნაწილაკები, შემდეგ გარეცხეს 5-ჯერ და კვლავ ცენტრიფუგირებულ იქნა 5000 rpm-ზე 20 წუთის განმავლობაში ზედმეტი ბიოპოლიმერების მოსაშორებლად. შედეგად მიღებული მუქი ნაცრისფერი ხსნარები გაშრეს ვაკუუმში 40ºC-ზე, სანამ მასა არ დაკარგა. მიღებული პოლიმერ-გრაფენის ფხვნილები ხელახლა იშლება წყალში (1 მგ მლ-1 პულულანისთვის და ჩიტოზანისთვის; 0,18 მგ მლ-1 ალგინატისთვის) დახასიათებისთვის. პულულან-, ალგინატი- და ქიტოზანის დახმარებით ულტრაბგერითი გამოკვლევით მიღებული გრაფენის ფურცლები მითითებული იყო, როგორც pull-G, alg-G და chit-G, შესაბამისად.
სამი სისტემიდან პულულანი და ქიტოზანი უფრო ეფექტური იყო გრაფიტის აქერცვლაში, ვიდრე ალგინატი. ამ მეთოდმა გამოიღო აქერცლილი მონო-, ორ- და რამდენიმე ფენიანი გრაფენის ფურცლები მხოლოდ დაბალი გვერდითი (კიდეებით) დეფექტებით. გრაფენის ზედაპირზე ბიოპოლიმერების ადსორბცია უზრუნველყოფს წყლის დისპერსიის ხანგრძლივ სტაბილურობას (6 თვეზე მეტი).
(შდრ. Unalan et al. 2015)
ჩარჩოების მაღალსიჩქარიანი თანმიმდევრობა (a-დან f-მდე), რომელიც ასახავს წყალში გრაფიტის ფანტელის სონო-მექანიკურ აქერცვლას. გამოყენებით UP200S, 200W ულტრაბგერითი 3 მმ sonotrode. ისრებით ნაჩვენებია გაყოფის (აქერცლის) ადგილი კავიტაციის ბუშტებით, რომლებიც შეაღწევენ გაყოფას.
(შესწავლა და სურათები: © Tyurnina et al. 2020
pull-G-ის TEM სურათები: (ა) 10 წთ; (ბ) 20 წთ; (გ) 30 წთ; (დ) 60 წთ; (ე) ჩიტ-გ 30 წთ; (ვ) alg-G 30 წთ. (უნალანი და სხვ. 2015)
ულტრაბგერითი გრაფენის აქერცლისთვის
Hielscher-ის მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორები გამოიყენება მთელ მსოფლიოში გრაფიტისა და გრაფენის წარმატებული აქერცვლისა და დისპერსიისთვის. ჩვენი ულტრაბგერითი დისპერსერები ხელმისაწვდომია ლაბორატორიიდან და სკამიდან სრულ სამრეწველო წარმოების ერთეულებამდე. გარდა გამძლეობის, 24/7 მუშაობისა და დაბალი მოვლისა, Hielscher ულტრაბგერითი დარწმუნდება დამუშავების მაღალი სიმარტივით და ხაზოვანი მასშტაბურობით.
პროცესების ადვილად ტესტირება და ოპტიმიზაცია შესაძლებელია ლაბორატორიაში. ამის შემდეგ, ყველა პროცესის შედეგი შეიძლება იყოს მასშტაბური მთლიანად ხაზოვანი კომერციული წარმოების დონეზე. ეს ხდის sonication ეფექტურ და ეფექტურ წარმოების მეთოდს მაღალი ხარისხის გრაფენის ფურცლების მაღალი მოცულობისთვის.
Hielscher Ultrasonics სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორებს შეუძლიათ ძალიან მაღალი ამპლიტუდის მიწოდება. 200 μm-მდე ამპლიტუდა შეიძლება ადვილად იყოს გაშვებული 24/7 მუშაობისას. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. შესატყვისი ულტრაბგერითი რეაქტორები უზრუნველყოფს მაღალი ხარისხის გრაფენის ნანოფურცლების საიმედო და უსაფრთხო მასობრივი წარმოების შესაძლებლობას, აგრეთვე ნანოფურცლების სტაბილურ დისპერსიას.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა იძლევა 24/7 მუშაობის საშუალებას მძიმე მოვალეობასა და მომთხოვნ გარემოში.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000 |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
2D ნანოფურცლების ულტრაბგერითი ექსფოლაციის მექანიზმი.
(შესწავლა და გრაფიკა: Tyurnina et al., 2020)
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
გრაფენი
გრაფენი არის სპ-ის მონოფენა2- შეკრული ნახშირბადის ატომები. გრაფენი გთავაზობთ უნიკალურ მატერიალურ მახასიათებლებს, როგორიცაა არაჩვეულებრივი დიდი სპეციფიკური ზედაპირი (2620 მ2გ-1), უმაღლესი მექანიკური თვისებები იანგის მოდულით 1 TPa და შინაგანი სიძლიერით 130 GPa, უკიდურესად მაღალი ელექტრონული გამტარობით (ოთახის ტემპერატურაზე ელექტრონების მობილურობა 2,5 × 105 სმ.2 ვ-1ს-1), ძალიან მაღალი თბოგამტარობა (3000 W m K-ზე მეტი-1), დავასახელოთ ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებები. მისი უმაღლესი მატერიალური თვისებების გამო, გრაფენი ფართოდ გამოიყენება მაღალი ხარისხის ბატარეების, საწვავის უჯრედების, მზის უჯრედების, სუპერკონდენსატორების, წყალბადის საწყობების, ელექტრომაგნიტური ფარების და ელექტრონული მოწყობილობების შემუშავებასა და წარმოებაში. გარდა ამისა, გრაფენი შედის ბევრ ნანოკომპოზიტში და კომპოზიტურ მასალში, როგორც გამაძლიერებელი დანამატი, მაგ. პოლიმერებში, კერამიკაში და ლითონის მატრიცებში. მაღალი გამტარობის გამო გრაფენი გამტარ საღებავებისა და მელნის მნიშვნელოვანი კომპონენტია.
სწრაფი და უსაფრთხო ულტრაბგერითი მომზადება დეფექტებისგან თავისუფალი გრაფენის დიდი მოცულობებით დაბალ ფასად, საშუალებას გაძლევთ გააფართოვოთ გრაფენის გამოყენება უფრო და უფრო მეტ ინდუსტრიაში.
ლიტერატურა/ცნობარი
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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.
- 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.
- 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.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.