그래핀 나노혈소판(GNP)은 초음파 처리기를 사용하여 고효율과 신뢰성으로 합성 및 분산될 수 있습니다. 고강도 초음파는 흑연을 각질 제거하고 종종 그래핀 나노 혈소판이라고하는 몇 층 그래 핀을 얻기 위해 사용됩니다. 초음파 처리는 또한 낮은 점성 및 높은 점성 현탁액 모두에서 우수한 그래핀 나노혈소판 분포를 달성하는 데 탁월합니다.

그래핀 나노혈소판 처리 – 초음파 처리로 우수한 결과

그래핀 나노혈소판 처리의 경우 프로브형 초음파 처리기가 가장 효율적이고 안정적이며 사용하기 쉬운 도구입니다. 초음파는 그래핀 나노혈소판의 합성, 분산 및 기능화에 적용될 수 있기 때문에, 초음파 처리기는 수많은 그래핀 관련 응용 분야에 사용됩니다.

• 각질 제거 및 합성 프로브 형 초음파 처리기는 흑연을 몇 층 그래 핀 또는 그래 핀 나노 혈소판으로 각질을 제거하는 데 사용됩니다. 고강도 초음파는 층간 힘을 방해하고 흑연을 더 작고 개별 그래핀 시트로 분해합니다.
• 분산: 액체 배지에서 그래핀 나노혈소판의 균일한 분산을 달성하는 것은 모든 그래핀 관련 응용 분야에서 매우 중요합니다. 프로브 형 초음파 처리기는 나노 혈소판을 액체 전체에 고르게 분산시켜 응집을 방지하고 안정적인 현탁액을 보장 할 수 있습니다.
• 기능화: 초음파 처리는 작용기 또는 분자가 표면에 부착되는 것을 촉진하여 그래핀 나노혈소판의 기능화를 촉진합니다. 이러한 기능화는 특정 폴리머 또는 재료와의 호환성을 향상시킵니다.

초음파 처리를 통한 그래핀 나노혈소판 합성

그래핀 나노혈소판은 초음파 보조 흑연 각질 제거에 의해 합성될 수 있습니다. 따라서 흑연 현탁액은 프로브 형 초음파 균질기를 사용하여 초음파 처리됩니다. 이 절차는 매우 낮은(예: 4wt% 이하) 높은 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.

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

그래핀 시트와 나노혈소판의 차이점은 무엇입니까?

그래핀 시트와 그래핀 나노혈소판은 모두 육각형 격자로 배열된 탄소 원자의 단층인 그래핀으로 구성된 나노 물질입니다. 때때로, 그래핀 시트와 그래핀 나노혈소판은 상호 교환 가능한 용어로 사용된다. 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 구성되어 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 시트뿐만 아니라 몇 층 적층 그래 핀 나노 혈소판을 합성, 분산 및 기능화하는 매우 효과적이고 효율적인 기술입니다.

초음파 처리기를 사용하여 그래 핀 나노 혈소판의 초음파 합성을 시각화하는 그래픽 UP100H
(연구 및 그래픽: Ghanem and Rehim, 2018)

초음파 처리를 이용한 그래핀 나노혈소판의 분산

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

• 나노 복합재: 그래핀 나노혈소판은 폴리머와 같은 다양한 나노복합 재료에 통합되어 기계적, 전기적, 열적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 프로브형 초음파 처리기는 폴리머 매트릭스 내에서 나노혈소판을 균일하게 분산시켜 재료 성능을 향상시킵니다.
• 전극 및 배터리: 그래핀 나노혈소판은 배터리 및 슈퍼커패시터용 고성능 전극 개발에 사용됩니다. 초음파 처리는 표면적이 증가하여 잘 분산 된 그래 핀 기반 전극 재료를 만들어 에너지 저장 능력을 향상시킵니다.
• 촉매: 초음파 처리는 그래핀 나노혈소판을 기반으로 촉매 물질을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 그래핀 표면에 촉매 나노입자의 균일한 분산은 다양한 반응에서 촉매 활성을 향상시킬 수 있습니다.
• 센서: 그래핀 나노혈소판은 가스 감지, 생체 감지 및 환경 모니터링을 포함한 다양한 응용 분야를 위한 센서 제조에 사용할 수 있습니다. 초음파 처리는 센서 재료에서 나노 혈소판의 균일 한 분포를 보장하여 감도와 성능을 향상시킵니다.
• 코팅 및 필름: 프로브 형 초음파 는 전자, 항공 우주 및 보호 코팅의 응용 분야를 위해 그래 핀 나노 혈소판 기반 코팅 및 필름을 준비하는 데 사용됩니다. 균일한 분산과 기판에 대한 적절한 접착력은 이러한 응용 분야에서 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 그래핀 기반 나노 입자 및 복합 재료의 제조에 도움이 됩니다.

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

초음파 그래핀 나노혈소판 분산액에 대한 과학적으로 입증된 결과

과학자들은 수많은 연구에서 그래핀 나노혈소판의 합성 및 분산을 위해 Hielscher 초음파 처리기를 사용했으며 초음파의 효과를 강력하게 테스트했습니다. 아래에서는 그래 핀 나노 혈소판을 수성 슬러리, 엑스포 수지 또는 모르타르와 같은 다양한 혼합물에 성공적으로 혼합하는 몇 가지 예를 찾을 수 있습니다.
 
그래핀 나노혈소판의 안정적이고 빠른 균일한 분산을 위한 일반적인 절차는 다음과 같습니다.
분산을 위해 그래 핀 나노 혈소판은 Hielscher 초음파 믹서 UP400S를 사용하여 순수한 아세톤 내에서 초음파 처리되어 그래 핀 시트의 응집을 방지하기 위해 거의 1 시간 동안 초음파 처리되었습니다. 아세톤은 증발에 의해 완전히 제거되었다. 이어서, 그래핀 나노혈소판을 에폭시계의 1 wt%로 첨가하고, 에폭시 수지를 90W에서 15분 동안 초음파 처리하였다.
(Cakir et al., 2016 참조)
 
또 다른 연구에서는 그래핀 나노혈소판을 추가하여 이온성 액체 기반 나노유체(ionanofluids)의 강화를 조사합니다. 우수한 분산을 위해 그래 핀 나노 혈소판, 이온 성 액체 및 나트륨 도데 실 벤젠 설포 네이트의 혼합물을 Hielscher 프로브 형 초음파 처리기 UP200S 약 90 분 동안 균질화했습니다.
(참조, Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis et al. (2019)는 그래핀 나노혈소판을 모르타르에 효과적으로 결합하는 것을 보고합니다. 따라서 수성 그래핀 현탁액은 일반 수돗물과 가소제의 혼합물에 나노혈소판(결과 물질의 바람직한 표적 함량에 의해 새겨진 무게)을 첨가하고 2분 동안 자기 교반을 하여 생성되었습니다. 현탁액은 24kHz의 주파수에서 4500J/min의 전력 처리량을 제공하는 22mm-sonotrode가 장착된 Hielscher UP400S 장치(Hielscher 초음파 GmbH)를 사용하여 실온에서 90분 동안 초음파에 의해 균질화되었습니다. 에너지 속도와 초음파 처리 기간의 특정 조합은 서스펜션 품질의 초음파 매개 변수의 효과에 대한 세심한 조사에 따라 최적으로 확립되었습니다.
(Tragazikis et al., 2019 참조)
 
Zainal et al. (2018)은 초음파 처리와 같은 적절한 분산 기술이 그래 핀 나노 혈소판과 같은 나노 물질이 충전재의 특성을 향상시킬 수 있음을 보장한다는 연구에서 말합니다. 이는 분산이 에폭시 그라우트와 같은 고품질 나노 복합체 생산에 가장 중요한 요소 중 하나이기 때문입니다.

그래핀 나노혈소판 처리를 위한 고성능 초음파 발생기

Hielscher 초음파는 나노 물질 처리를위한 고성능 초음파 발생기와 관련하여 시장의 선두 주자입니다. Hielscher 프로브 형 초음파 는 그래 핀 나노 혈소판 처리를 포함한 다양한 응용 분야를 위해 실험실 및 산업 환경에서 전 세계적으로 사용됩니다.
최첨단 기술, 독일의 장인 정신 및 엔지니어링뿐만 아니라 오랜 기술 경험을 통해 Hielscher 초음파는 성공적인 초음파 응용 분야에서 선호하는 파트너입니다.

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파 는 최고 품질 및 디자인 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고성과 쉬운 작동으로 초음파 를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파 로 쉽게 처리 할 수 있습니다.

Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 특징으로 하는 고성능 초음파 에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파 는 CE를 준수하고 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.

아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.