그래핀 산화물 – 초음파 박리 및 분산
초음파 박리는 산화 흑연을 얇고 단층 또는 소수의 그래 핀 시트로 분해하여 산화 그래 핀을 생산하는 데 널리 사용되는 기술입니다. Hielscher 초음파 발생기는 에너지 밀도가 높은 초음파가 액체 매체에서 고 에너지 마이크로 버블을 생성하는 강렬한 음향 캐비테이션을 생성합니다. 이러한 붕괴 기포는 산화 흑연 층을 분리하는 전단력을 생성하여 그래핀 산화물 나노시트로 효과적으로 박리합니다. 고성능 초음파를 활용하여 산화 그래핀 기반 응용 분야를 한 단계 업그레이드하십시오!
Graphene Oxide의 초음파 박리
산화 그래핀은 수용성, 양팔성, 무독성, 생분해성이며 안정적인 콜로이드로 쉽게 분산될 수 있습니다. 초음파 박리 및 분산은 산업 규모로 산화 그래핀을 합성, 분산 및 기능화하는 매우 효율적이고 신속하며 비용 효율적인 방법입니다. 다운스트림 공정에서 초음파 분산기는 고성능 그래핀 산화물-폴리머 복합체를 생산합니다.
초음파 박리의 장점
초음파 박리 제거는 일반적으로 가혹한 화학 물질이나 복잡한 가공이 필요하지 않기 때문에 단순성, 확장성 및 환경 친화성을 포함한 여러 가지 이점을 제공합니다. 또한 그래핀 산화물 나노시트의 크기와 두께를 정밀하게 제어할 수 있으며, 이는 다양한 응용 분야에서 특성을 조정하는 데 중요합니다.
산업용 초음파 발생기 UIP16000hdT 고처리량의 Graphene Oxide 박리를 위해
프로토콜: Granene Oxide의 초음파 박리
그래핀 옥사이드(GO) 나노시트의 크기를 제어하기 위해서는 박리 방법이 핵심 요소입니다. 정밀하게 제어 가능한 공정 매개 변수로 인해 초음파 박리는 고품질 그래 핀 및 그래 핀 산화물 생산에 가장 널리 사용되는 박리 기술입니다.
흑연 산화물에서 산화 그래핀의 초음파 박리를 위해 다양한 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 아래에서 초음파 그래핀 산화물 박리 제거를 위한 예시적인 프로토콜을 찾으십시오.
흑연 산화물 분말은 pH 값 10의 수성 KOH에 혼합됩니다. 박리 및 후속 분산을 위해 프로브 형 초음파기 UP200St (200W)가 사용됩니다. 그 후, K+ 이온이 그래핀 기저면에 부착되어 노화 과정을 유도합니다. 노화는 회전 증발(2시간)에서 이루어집니다. 과도한 K+ 이온을 제거하기 위해 분말을 여러 번 세척하고 원심분리합니다.
얻어진 혼합물을 원심 분리하고 동결 건조하여 분산 가능한 그래 핀 산화물 분말을 침전시킵니다.
전도성 그래 핀 산화물 페이스트의 제조 : 그래 핀 산화물 분말은 전도성 페이스트를 생성하기 위해 초음파 처리 하에 디메틸 포름 아미드 (DMF)에 분산 될 수 있습니다. (Han et al., 2014)
초음파 그래핀 산화물 박리의 메커니즘
(사진: Potts et al. 2011)
Graphene Oxide의 초음파 기능화
초음파 처리는 그래 핀 산화물 (GO)을 폴리머 및 복합 재료에 성공적으로 통합하는 데 사용됩니다.
예제:
- 그래핀 산화물-TiO2 마이크로스피어 복합재
- 폴리스티렌-마그네타이트-그래핀 산화물 복합체(코어-쉘 구조)
- 폴리스티렌 환원 그래핀 산화물 복합재
- 폴리아닐린 나노섬유 코팅 폴리스티렌/그래핀 산화물(PANI-PS/GO) 코어 쉘 복합재
- 폴리스티렌 삽입 그래핀 산화물
- p-페닐렌디아민-4비닐벤젠-폴리스티렌 변성 그래핀 산화물
초음파기 UP400St 그래핀 나노혈소판 분산액의 제조를 위해
초음파 박리에 의해 생성 된 그래 핀 산화물의 응용
초음파 박리를 통해 생산된 산화 그래핀은 다양한 분야에 걸쳐 광범위하게 응용됩니다. 전자 제품에서는 유연한 전도성 필름 및 센서에 사용됩니다. 에너지 저장에서는 배터리 및 슈퍼 커패시터의 성능을 향상시킵니다. 산화 그래핀의 항균 특성은 생물 의학 응용 분야에 가치가 있으며, 높은 표면적과 작용기는 촉매 및 환경 개선에 유리합니다. 전반적으로 초음파 박리 제거는 최첨단 기술에 사용하기 위한 고품질 산화 그래핀의 효율적인 생산을 촉진합니다.
그래핀 및 그래핀 산화물 처리를 위한 초음파 발생기
Hielscher 초음파는 그래 핀 및 산화 그래 핀의 각질 제거, 분산 및 가공을위한 고출력 초음파 시스템을 제공합니다. 신뢰할 수 있는 초음파 프로세서와 정교한 반응기는 정밀한 제어를 제공하여 원하는 목표에 맞게 초음파 공정을 조정할 수 있습니다.
한 가지 중요한 매개변수는 초음파 프로브의 진동 팽창 및 수축을 결정하는 초음파 진폭입니다. Hielscher 산업용 초음파기는 최대 200μm의 높은 진폭을 제공하며 24/7 작동으로 지속적으로 실행됩니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 프로브를 사용할 수 있습니다. 모든 프로세서는 공정 조건에 맞게 정밀하게 조정되고 내장 소프트웨어를 통해 모니터링될 수 있으므로 신뢰성, 일관된 품질 및 재현 가능한 결과를 보장할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 발생기는 견고하고 중부하 환경에서 지속적으로 작동 할 수 있으므로 초음파 처리는 대규모 그래 핀, 산화 그래 핀 및 흑연 재료 제조에 선호되는 생산 기술입니다.
다양한 크기와 형상의 소노트로드 및 반응기를 포함한 광범위한 초음파기 및 액세서리를 통해 시약, 초음파 에너지 입력, 압력, 온도 및 유속과 같은 최적의 반응 조건 및 요소를 선택하여 최고의 품질을 달성 할 수 있습니다. Hielscher의 초음파 반응기는 최대 수백 barg까지 압력을 가할 수 있으므로 점도가 250,000 센티푸아즈를 초과하는 고점도 페이스트의 초음파 처리가 가능합니다.
초음파 박리 및 박리는 이러한 요인으로 인해 기존 기술을 능가합니다.
- 고출력
- 높은 전단력
- 적용 가능한 고압
- 정밀한 제어
- 원활한 확장성(선형)
- 배치(batch) 및 연속(continuous
- 재현 가능한 결과
- 신뢰도
- 견고성
- 높은 에너지 효율
그래핀 산화물 박리를 위한 초음파 시스템
초음파 그래핀 합성, 분산 및 기능화에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
초음파 및 캐비테이션 : 초음파 처리를 사용하여 흑연을 산화 그래 핀으로 어떻게 박리합니까?
산화흑연(GrO)의 초음파 박리는 음향 캐비테이션에 의해 유도되는 높은 전단력을 기반으로 합니다. 음향 캐비테이션은 액체에서 강력한 초음파의 결합에 의해 생성되는 교대 고압/저압 사이클로 인해 발생합니다. 저압 사이클 동안에는 매우 작은 공극 또는 진공 기포가 발생하며, 이는 교대 저압 사이클에 걸쳐 성장합니다. 진공 기포가 더 많은 에너지를 흡수할 수 없는 크기에 도달하면 고압 사이클 동안 격렬하게 붕괴됩니다. 기포 내파는 캐비테이션 전단력과 응력파, 최대 6000K의 극한 온도, 10 이상의 극한 냉각 속도를 초래합니다10K/s, 최대 2000atm의 매우 높은 압력, 극한의 차압 및 최대 1000km/h(∼280m/s)의 액체 제트.
이러한 강렬한 힘은 흑연 스택에 영향을 미치며, 흑연 스택은 단층 또는 소수층 산화 그래핀과 자연 그대로의 그래핀 나노시트로 박리됩니다.
그래핀 산화물이란 무엇입니까?
산화 그래핀(GO)은 산화 흑연(GrO)을 박리하여 합성됩니다. 산화 흑연은 삽입된 산소가 있는 수백만 층의 그래핀 층으로 구성된 3D 물질인 반면, 산화 그래핀은 양면에 산소가 공급되는 단층 또는 소수층 그래핀입니다.
산화 그래핀과 그래핀은 다음과 같은 특성에서 서로 다릅니다: 산화 그래핀은 극성이고 그래핀은 비극성입니다. 산화 그래핀은 친수성이고 그래핀은 소수성입니다.
즉, 산화 그래핀은 수용성, 양팔성, 무독성, 생분해성이며 안정적인 콜로이드 현탁액을 형성합니다. 산화 그래핀의 표면에는 에폭시, 수산기 및 카르복실기가 포함되어 있어 양이온 및 음이온과 상호 작용할 수 있습니다. 고유한 유기-무기 하이브리드 구조와 탁월한 특성으로 인해 GO-폴리머 복합재는 매니폴드 산업 응용 분야에 높은 잠재력을 제공합니다. (Tolasz 외. 2014)
환원 된 그래 핀 산화물 이란 무엇입니까?
환원 된 그래 핀 산화물 (rGO)은 산화 그래 핀의 초음파, 화학적 또는 열적 환원에 의해 생성됩니다. 환원 단계 동안, 산화 그래핀의 대부분의 산소 기능이 제거되어 결과적으로 환원된 산화 그래핀(rGO)이 자연 그대로의 그래핀과 매우 유사한 특성을 갖습니다. 그러나 환원 된 그래 핀 산화물 (rGO)은 결함이 없으며 순수한 그래 핀처럼 깨끗하지 않습니다.
문헌/참고문헌
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.