Graphene Nanoplatelets는 Probe-sonication을 통해 합성 및 분산됩니다.

그래핀 나노 혈소판 (GNPs)은 초음파 발생기를 사용하여 높은 효율성과 신뢰성으로 합성 및 분산 할 수 있습니다. 고강도 초음파는 흑연을 박리하고 종종 그래 핀 나노 혈소판이라고하는 소수의 층 그래 핀을 얻기 위해 사용됩니다. 초음파 처리는 또한 저점도 현탁액과 고점도 현탁액 모두에서 우수한 그래핀 나노 혈소판 분포를 달성하는 데 탁월합니다.

그래핀 나노혈소판 처리 – 초음파 처리를 통한 우수한 결과

그래핀 나노혈소판 처리의 경우 프로브형 초음파 발생기는 가장 효율적이고 신뢰할 수 있으며 사용하기 쉬운 도구입니다. 초음파는 그래 핀 나노 혈소판의 합성, 분산 및 기능화에 적용될 수 있기 때문에 초음파 발생기는 수많은 그래 핀 관련 응용 분야에 사용됩니다.

• 박리와 합성 프로브 형 초음파 발생기는 흑연을 소수의 그래 핀 또는 그래 핀 나노 혈소판으로 박리하는 데 사용됩니다. 고강도 초음파는 층간 힘을 방해하고 흑연을 더 작고 개별적인 그래 핀 시트로 분해합니다.
• 분산: 액체 매질에서 그래핀 나노혈소판의 균일한 분산을 달성하는 것은 모든 그래핀 관련 응용 분야에서 매우 중요합니다. 프로브 형 초음파 발생기는 나노 혈소판을 액체 전체에 고르게 분산시켜 응집을 방지하고 안정적인 현탁액을 보장 할 수 있습니다.
• 기능화: 초음파 처리는 작용기 또는 분자가 표면에 부착되는 것을 촉진함으로써 그래 핀 나노 혈소판의 기능화를 촉진합니다. 이러한 기능화는 특정 폴리머 또는 재료와의 호환성을 향상시킵니다.

초음파 처리를 통한 그래핀 나노 혈소판 합성

그래핀 나노혈소판은 초음파 보조 흑연 박리로 합성할 수 있습니다. 따라서, 흑연 현탁액은 프로브 형 초음파 균질화기를 사용하여 초음파 처리됩니다. 이 절차는 매우 낮은(예: 4wt% 이하) 농도에서 고형분(예: 10wt% 이상) 농도로 테스트되었습니다.
 
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.

고해상도 투과 전자 현미경으로 얻은 그래핀 나노시트의 이미지
초음파 보조 수성 상 분산 및 Hummer 방법을 통해.
(연구 및 그래픽: Ghanem and Rehim, 2018)

그래핀 시트와 나노 혈소판의 차이점은 무엇입니까?

그래핀 시트와 그래핀 나노혈소판은 모두 육각형 격자로 배열된 탄소 원자의 단일 층인 그래핀으로 구성된 나노 물질입니다. 때로는 그래핀 시트와 그래핀 나노혈소판이 상호 교환 가능한 용어로 사용됩니다. 그러나 과학적으로 이러한 그래핀 나노물질 사이에는 몇 가지 차이점이 있습니다.: 그래핀 시트와 그래핀 나노혈소판의 주요 차이점은 구조와 두께에 있습니다. 그래핀 시트는 탄소 원자의 단일 층으로 구성되며 매우 얇은 반면, 그래핀 나노혈소판은 더 두껍고 여러 개의 적층된 그래핀 층으로 구성됩니다. 이러한 구조적 차이는 특정 응용 분야에 대한 특성과 적합성에 영향을 미칠 수 있습니다. 프로브 형 초음파 발생기의 사용은 그래 핀 단층 그래 핀 시트와 소수의 층 적층 그래 핀 나노 혈소판을 합성, 분산 및 기능화하는 매우 효과적이고 효율적인 기술입니다.

초음파 발생기 UP100H를 사용하여 그래 핀 나노 혈소판의 초음파 합성을 시각화 한 그래픽
(연구 및 그래픽: Ghanem and Rehim, 2018)

초음파 처리를 사용한 그래 핀 나노 혈소판의 분산

그래핀 나노혈소판(GNP)의 균일한 분산은 생성된 재료 또는 제품의 특성과 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 다양한 응용 분야에서 매우 중요합니다. 따라서 다양한 산업 분야에서 그래 핀 나노 혈소판 분산을 위해 초음파 발생기가 설치됩니다. 다음 산업은 전력 초음파의 사용에 대한 두드러진 예입니다.
 

• 나노 복합재: 그래핀 나노혈소판은 고분자와 같은 다양한 나노복합 물질에 혼입되어 기계적, 전기적, 열적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 프로브 형 초음파 발생기는 폴리머 매트릭스 내에서 나노 혈소판을 균일하게 분산시키는 데 도움이되어 재료 성능을 향상시킵니다.
• 전극 및 배터리: 그래핀 나노혈소판은 배터리 및 슈퍼커패시터용 고성능 전극 개발에 사용됩니다. 초음파 처리는 표면적이 증가된 잘 분산된 그래핀 기반 전극 재료를 만드는 데 도움이 되어 에너지 저장 능력을 향상시킵니다.
• 촉매: 초음파 처리는 그래 핀 나노 혈소판을 기반으로 촉매 물질을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 그래핀 표면에 촉매 나노 입자가 균일하게 분산되어 있으면 다양한 반응에서 촉매 활성을 향상시킬 수 있습니다.
• 센서: 그래핀 나노혈소판은 가스 감지, 바이오 감지 및 환경 모니터링을 포함한 다양한 응용 분야의 센서 제조에 사용할 수 있습니다. 초음파 처리는 센서 재료에서 나노 혈소판의 균일 한 분포를 보장하여 감도와 성능을 향상시킵니다.
• 코팅 및 필름: 프로브 형 초음파 발생기는 전자, 항공 우주 및 보호 코팅에 응용 분야를 위해 그래 핀 나노 혈소판 기반 코팅 및 필름을 준비하는 데 사용됩니다. 기판에 대한 균일한 분산과 적절한 접착력은 이러한 응용 분야에 매우 중요합니다.
• 생물 의학 응용 분야 : 생물 의학 응용 분야에서 그래핀 나노혈소판은 약물 전달, 이미징 및 조직 공학에 사용할 수 있습니다. 초음파 처리는 이러한 응용 분야에 사용되는 그래 핀 기반 나노 입자 및 복합 물질의 제조에 도움이됩니다.

(b) X3000 및 (c) X8000에서 그래핀 나노혈소판의 SEM 이미지
(연구 및 이미지: ©Alizadeh et al., 2018)

초음파 그래핀 나노혈소판 분산에 대한 과학적으로 입증된 결과

과학자들은 수많은 연구에서 그래 핀 나노 혈소판의 합성 및 분산을 위해 Hielscher 초음파 발생기를 사용했으며 초음파의 효과를 적극적으로 테스트했습니다. 아래에서는 그래핀 나노혈소판을 수성 슬러리, 엑스포이 수지 또는 모르타르와 같은 다양한 혼합물에 성공적으로 혼합하기 위한 몇 가지 예를 찾을 수 있습니다.
 
그래핀 나노혈소판의 신뢰할 수 있고 빠른 균일한 분산을 위한 일반적인 절차는 다음과 같습니다.
분산을 위해, 그래 핀 나노 혈소판은 그래 핀 시트의 응집을 방지하기 위해 거의 1 시간 동안 Hielscher 초음파 믹서 UP400S를 사용하여 순수한 아세톤 내에서 초음파 처리되었습니다. 아세톤은 증발에 의해 완전히 제거되었습니다. 그런 다음, 그래핀 나노혈소판을 에폭시 시스템의 1 wt %로 첨가하고 90W의 에폭시 수지에서 15분 동안 초음파 처리하였다.
(Cakir et al., 2016 참조)
 
또 다른 연구는 그래핀 나노혈소판을 첨가하여 이온 액체 기반 나노유체(ionanofluids)의 강화를 조사합니다. 우수한 분산을 위해 그래 핀 나노 혈소판, 이온 성 액체 및 소듐 도데 실 벤젠 설포 네이트의 혼합물을 Hielscher 프로브 형 초음파 발생기 UP200S를 사용하여 약 90 분 동안 균질화했습니다.
(Alizadeh et al., 2018 참조)

 
Tragazikis et al. (2019)는 그래 핀 나노 혈소판을 모르타르에 효과적으로 통합했다고보고합니다. 따라서, 수성 그래핀 현탁액은 일반 수돗물과 가소제의 혼합물에 나노 혈소판을 첨가하여 생성되었습니다 - 결과 물질의 바람직한 목표 함량에 의해 새겨진 중량으로, 그리고 2분 동안 후속 자기 교반. 현탁액은 24kHz의 주파수에서 4500 J / min의 전력 처리량을 제공하는 22mm-sonotrode가 장착 된 Hielscher UP400S 장치 (Hielscher Ultrasonics GmbH)를 사용하여 실온에서 90 분 동안 초음파로 균질화했다. 에너지 속도와 초음파 처리 지속 시간의 특정 조합은 현탁 품질의 초음파 매개 변수의 효과에 대한 세심한 조사에 따라 최적으로 설정되었습니다.
(Tragazikis et al., 2019 참조)
 
Zainal et al. (2018)은 연구에서 초음파 처리와 같은 적절한 분산 기술이 그래 핀 나노 플레이트 텔렛과 같은 나노 물질이 충전재의 특성을 향상시킬 수 있음을 보장한다고 말합니다. 이는 분산이 에폭시 그라우트와 같은 고품질 나노 복합재 생산에 가장 중요한 요소 중 하나이기 때문입니다.

그래핀 나노혈소판 처리를 위한 고성능 초음파 발생기

Hielscher 초음파는 나노 물질 처리를위한 고성능 초음파와 관련하여 시장 선두 주자입니다. Hielscher 프로브 형 초음파 발생기는 그래 핀 나노 혈소판 가공을 포함한 다양한 응용 분야의 실험실 및 산업 환경에서 전 세계적으로 사용됩니다.
최첨단 기술, 독일의 장인 정신 및 엔지니어링, 오랜 기술 경험을 바탕으로 Hielscher 초음파는 성공적인 초음파 응용을위한 선호 파트너입니다.

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파는 최고의 품질과 디자인 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고 함과 쉬운 작동으로 초음파를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파기로 쉽게 처리 할 수 있습니다.

Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.