წყლის დაფუძნებული გრაფენის აქერცვლა
ულტრაბგერითი აქერცვლა იძლევა რამდენიმე ფენის გრაფენის გამომუშავების საშუალებას უხეში გამხსნელების გამოყენების გარეშე მხოლოდ სუფთა წყლის გამოყენებით. მაღალი სიმძლავრის სონიკა აშორებს გრაფენის ფურცლებს მოკლე დამუშავების დროს. გამხსნელების თავიდან აცილება გრაფენის აქერცვლას აქცევს მწვანე, მდგრად პროცესად.
გრაფენის წარმოება თხევადი ფაზის ექსფოლიაციის გზით
გრაფენი კომერციულად იწარმოება ეგრეთ წოდებული თხევადი ფაზის ექსფოლიაციის გზით. გრაფენის თხევადი ფაზის აქერცვლა საჭიროებს ტოქსიკური, ეკოლოგიურად მავნე და ძვირადღირებული გამხსნელების გამოყენებას, რომელიც გამოიყენება ქიმიურ წინასწარ დამუშავებაში ან მექანიკურ დისპერსიულ ტექნიკასთან/თან ერთად. გრაფენის ფურცლების მექანიკური დისპერსიისთვის, ულტრაბგერითი დანერგვა დამკვიდრდა, როგორც უაღრესად საიმედო, ეფექტური და უსაფრთხო ტექნიკა მაღალი ხარისხის გრაფენის ფურცლების დიდი რაოდენობით წარმოებისთვის სრულად ინდუსტრიულ დონეზე. ვინაიდან უხეში გამხსნელების გამოყენებას ყოველთვის თან ახლავს ხარჯები, დაბინძურება, კომპლექსური მოცილება და განადგურება, უსაფრთხოების შეშფოთება და გარემოსდაცვითი ტვირთი, არატოქსიკური და უსაფრთხო ალტერნატივა მნიშვნელოვნად მომგებიანია. ამიტომ, გრაფენის აქერცვლა წყლის, როგორც გამხსნელის გამოყენებით, და ულტრაბგერითი გამოკვლევით, გრაფენის რამდენიმე ფენის ფურცლების მექანიკური დაშლასთვის, არის ძალიან პერსპექტიული ტექნიკა მწვანე გრაფენის წარმოებისთვის.
ჩვეულებრივი გამხსნელები, რომლებიც ხშირად გამოიყენება როგორც თხევადი ფაზა გრაფენის ნანოფურცლების დასაშლელად, მოიცავს დიმეთილ სულფოქსიდს (DMSO), N,N-დიმეთილფორმამიდს (DMF), N-მეთილ-2-პიროლიდონს (NMP), ტეტრამეთილშარდოვანას (TMU), ტეტრაჰიდროფურანს (THF). ), პროპილენ კარბონატაცეტონი (PC), ეთანოლი და ფორმამიდი.
როგორც უკვე გრძელვადიანი დამკვიდრებული ტექნიკა კომერციული მასშტაბით გრაფენის აქერცლისთვის, ულტრაბგერითი დამუშავება იძლევა მაღალი ხარისხის მაღალი სისუფთავის გრაფენის დაბალ ფასად წარმოებას. იმის გამო, რომ გრაფენის ულტრაბგერითი აქერცვლა შეიძლება იყოს მთლიანად ხაზოვანი მასშტაბირება ნებისმიერ მოცულობამდე, მაღალი ხარისხის გრაფენის ფანტელების წარმოების გამოსავალი შეიძლება ადვილად განხორციელდეს გრაფენის მასობრივი წარმოებისთვის.

UIP2000hdT არის 2 კვტ ძლიერი ულტრაბგერითი დისპერსერი გრაფენის ექსფოლიაციისა და დისპერსიისთვის.
გრაფენის ულტრაბგერითი ექსფოლაცია წყალში
ტიურნინა და სხვ. (2020) გამოიკვლია ამპლიტუდისა და ბგერითი ინტენსივობის ეფექტი სუფთა წყალ-გრაფიტის ხსნარებზე და შედეგად გრაფენის აქერცვლაზე. კვლევაში მათ გამოიყენეს Hielscher UP200S (200W, 24kHz). ულტრაბგერითი აქერცვლა წყლის გამოყენებით გამოყენებული იყო, როგორც ერთსაფეხურიანი პროცესი რამდენიმე ფენის გრაფენის დელიმინაციისთვის. 2 საათის ხანმოკლე დამუშავება საკმარისი იყო რამდენიმე ფენის გრაფენის წარმოებისთვის ღია ჭიქის სონიკაციის დაყენებაში.

ჩარჩოების მაღალსიჩქარიანი თანმიმდევრობა (a-დან f-მდე), რომელიც ასახავს წყალში გრაფიტის ფანტელის სონო-მექანიკურ აქერცვლას. გამოყენებით UP200s, 24 kHz ულტრაბგერითი 3 მმ sonotrode. ისრებით ნაჩვენებია გაყოფის (აქერცლის) ადგილი კავიტაციის ბუშტებით, რომლებიც შეაღწევენ გაყოფას.
© ტიურნინა და სხვ., 2020 წ
ულტრაბგერითი გრაფენის ექსფოლიაციის ოპტიმიზაცია
ულტრაბგერითი დაყენება, რომელსაც იყენებენ ტიურნინა და სხვები. (2020) შეიძლება ადვილად ოპტიმიზირებული იყოს მეტი ეფექტურობისთვის და უფრო სწრაფი აქერცლისთვის დახურული ულტრაბგერითი რეაქტორის გამოყენებით ნაკადის რეჟიმში. ულტრაბგერითი შიდა დამუშავება საშუალებას იძლევა მნიშვნელოვნად უფრო ერთგვაროვანი ულტრაბგერითი დამუშავება ყველა გრაფიტის ნედლეულის: გრაფიტის/წყლის ხსნარის მიწოდება უშუალოდ ულტრაბგერითი კავიტაციის შეზღუდულ სივრცეში, მთელი გრაფიტი ხდება ერთგვაროვანი ჟღერადობის შედეგად, რაც იწვევს მაღალი ხარისხის გრაფენის ფანტელების მაღალ მოსავლიანობას.
Hielscher Ultrasonics სისტემები იძლევა ზუსტი კონტროლის დამუშავების ყველა მნიშვნელოვან პარამეტრს, როგორიცაა ამპლიტუდა, დრო/შეკავება, ენერგიის შეყვანა (Ws/mL), წნევა და ტემპერატურა. ოპტიმალური ულტრაბგერითი პარამეტრების დაყენება იწვევს უმაღლეს მოსავალს, ხარისხს და საერთო ეფექტურობას.
როგორ უწყობს ხელს ულტრაბგერითი გრაფენის ექსფოლიაციას
როდესაც მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ტალღები შერწყმულია გრაფიტის ფხვნილისა და წყლის ან რაიმე გამხსნელის ნალექში, სონომექანიკური ძალები, როგორიცაა მაღალი ათვლის, ინტენსიური ტურბულენტები და მაღალი წნევისა და ტემპერატურის დიფერენციაციები ქმნის ენერგიით ინტენსიურ პირობებს. ეს ენერგიით ინტენსიური პირობები აკუსტიკური კავიტაციის ფენომენის შედეგია.
წაიკითხეთ მეტი ულტრაბგერითი კავიტაციის შესახებ აქ!
დენის ულტრაბგერითი იწყებს გრაფიტის ფხვნილის გაფართოებას, ვინაიდან სითხეები დაჭერილია გრაფენის ფენებს შორის, საიდანაც შედგება გრაფიტი. ულტრაბგერითი ათვლის ძალები ანგრევს გრაფენის ცალკეულ ფურცლებს და ანაწილებს მათ ხსნარში გრაფენის ფანტელების სახით. წყალში გრაფენის გრძელვადიანი სტაბილურობის მისაღებად საჭიროა სურფაქტანტი.

გრაფენის ექსფოლიაციის ულტრაბგერითი თხევადი ფაზის ექსფოლიაციის მექანიზმი.
ტიურნინას და სხვების შესწავლა და სურათი, 2021 წ.
მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი აპარატები გრაფენის აქერცლისთვის
Hielscher ულტრაბგერითი აპარატების ჭკვიანი ფუნქციები შექმნილია იმისთვის, რომ გარანტირებული იყოს საიმედო ფუნქციონირებისთვის, განმეორებადი შედეგებისა და მომხმარებლისთვის კეთილგანწყობისთვის. ოპერაციულ პარამეტრებზე ადვილად წვდომა და აკრეფა შესაძლებელია ინტუიციური მენიუს საშუალებით, რომლის წვდომა შესაძლებელია ციფრული ფერადი სენსორული დისპლეით და ბრაუზერის დისტანციური მართვის საშუალებით. ამიტომ, დამუშავების ყველა პირობა, როგორიცაა წმინდა ენერგია, მთლიანი ენერგია, ამპლიტუდა, დრო, წნევა და ტემპერატურა ავტომატურად ჩაიწერება ჩაშენებულ SD ბარათზე. ეს საშუალებას გაძლევთ გადახედოთ და შეადაროთ წინა სონიკაციის გაშვებები და ოპტიმიზაცია გაუწიოთ გრაფენის აქერცვლას მაქსიმალურ ეფექტურობამდე.
Hielscher Ultrasonics სისტემები გამოიყენება მთელ მსოფლიოში მაღალი ხარისხის გრაფენის ფურცლებისა და გრაფენის ოქსიდების დასამზადებლად. Hielscher სამრეწველო ულტრაბგერითებს შეუძლიათ ადვილად აწარმოონ მაღალი ამპლიტუდები უწყვეტი მუშაობისას (24/7/365). 200 μm-მდე ამპლიტუდა შეიძლება ადვილად წარმოიქმნას სტანდარტული სონოტროდების საშუალებით (ულტრაბგერითი ზონდები / რქები და კასკატროდებიTM). კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. მათი გამძლეობისა და დაბალი მოვლის გამო, ჩვენი ულტრაბგერითი აქერცვლის სისტემები ჩვეულებრივ დამონტაჟებულია მძიმე სამუშაო აპლიკაციებისთვის და მომთხოვნ გარემოში.
Hielscher ულტრაბგერითი პროცესორები გრაფენის აქერცლისთვის უკვე დამონტაჟებულია მთელ მსოფლიოში კომერციული მასშტაბით. დაგვიკავშირდით ახლა თქვენი გრაფენის წარმოების პროცესის განსახილველად! ჩვენი გამოცდილი პერსონალი სიამოვნებით გაგიზიარებთ დამატებით ინფორმაციას აქერცვლის პროცესის, ულტრაბგერითი სისტემებისა და ფასების შესახებ!
დამატებითი ინფორმაციისთვის ულტრაბგერითი გრაფენის სინთეზის, დისპერსიისა და ფუნქციონალიზაციის შესახებ, გთხოვთ, დააწკაპუნოთ აქ:
- გრაფენის წარმოება
- გრაფენის ნანოთრომბოციტები
- წყლის დაფუძნებული გრაფენის აქერცვლა
- წყალში დისპერსიული გრაფენი
- გრაფენის ოქსიდი
- ქსენები
სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
---|---|---|
1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
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 | UIP4000hdT |
na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
რა არის 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.
უპრობლემო გრაფენის სწრაფი და უსაფრთხო ულტრაბგერითი მომზადება დიდი მოცულობებით დაბალ ფასად, საშუალებას გაძლევთ გააფართოვოთ გრაფენის გამოყენება უფრო და უფრო მეტ ინდუსტრიაში.
გრაფინი არის ნახშირბადის ერთი ატომის სისქის ფენა, რომელიც შეიძლება შეფასდეს, როგორც გრაფენის ერთშრიანი ან 2D სტრუქტურა (ერთფენიანი გრაფენი = SLG). გრაფენს აქვს არაჩვეულებრივად დიდი სპეციფიური ზედაპირი და უმაღლესი მექანიკური თვისებები (იანგის მოდული 1 TPa და შინაგანი სიძლიერე 130 GPa), გთავაზობთ დიდ ელექტრონულ და თერმული კონდუქტომეტრს, მუხტის მატარებლის მობილობას, გამჭვირვალობას და არის გაზებისადმი გაუვალი. მატერიალური მახასიათებლების გამო, გრაფენი გამოიყენება როგორც გამაძლიერებელი დანამატი, რათა კომპოზიტებს მისცეს სიმტკიცე, გამტარობა და ა.შ. გრაფენის მახასიათებლების სხვა მასალებთან შერწყმის მიზნით, გრაფენი უნდა დაიფანტოს ნაერთში ან გამოყენებული იქნას როგორც თხელი ფენის საფარი. სუბსტრატზე.