그래핀의 초음파 분산
그래핀을 복합재에 통합하려면 제형 전반에 걸쳐 그래핀을 단일 나노 시트로 균일하게 분산시키거나 박리하는 것이 필수적입니다. 그래핀이 더 철저하게 응집되지 않을수록 뛰어난 재료 특성을 더 잘 활용할 수 있습니다. 초음파 분산은 높은 농도와 점도에서도 우수한 입자 분포 및 분산 안정성을 제공합니다. 이 방법은 기존 혼합 기술을 훨씬 능가하는 뛰어난 분산 품질을 제공합니다.
그래핀의 초음파 분산
복합재에 강도와 같은 그래핀의 뛰어난 특성을 부여하기 위해서는 그래핀을 매트릭스에 균일하게 분산시키거나 기판에 박막 코팅으로 도포해야 합니다. 결과 재료 특성에 영향을 미치는 핵심 요소에는 응집, 침전, 매트릭스 내 분산 또는 기판의 입자 분포가 포함됩니다.
그래핀의 소수성 특성으로 인해 계면활성제나 분산제 없이 안정적이고 고농도 분산액을 생성하는 것은 어려운 일입니다. van der Waals 힘을 극복하려면 강력한 전단력이 필요하며, 이는 초음파 캐비테이션에 의해 효과적으로 생성될 수 있습니다. 이 방법은 안정적인 분산액을 제조하는 데 가장 정교합니다.
그래핀의 고처리량 분산을 위한 산업용 초음파 발생기.
그래 핀 박리 및 분산을위한 Hielscher 산업용 프로브 형 초음파 발생기에 대한 자세한 정보 및 기술 세부 사항은 다음에서 확인할 수 있습니다.
- UIP1000hdT (1000 와트 전력 초음파)
- UIP2000hdT (2000 와트 전력 초음파)
- UIP4000hdT (4000 와트 전력 초음파)
- UIP6000hdT (6000 와트 전력 초음파)
- UIP16000hdT (16,000 와트 전력 초음파)
모든 Hielscher 초음파 발생기는 모든 중요한 공정 매개 변수를 정밀하게 제어 할 수 있으며, 초음파 분산 기술은 그래 핀의 화학 및 결정 구조의 손상을 방지합니다 – 그 결과 깨끗하고 결함이 없는 그래핀 플레이크가 생성됩니다.
Hielscher의 강력한 초음파 발생기는 그래 핀과 흑연을 대량으로 처리 할 수 있습니다 (예 : 액상 박리 및 그래 핀 분산). 공정 매개변수에 대한 정확한 제어는 벤치탑에서 완전 상업 생산에 이르기까지 초음파 공정의 원활한 확장을 가능하게 합니다.
약 3-4개의 층과 약 1μm 크기의 초음파로 박리된 소층 그래핀은 최소 63mg/mL의 농도에서 (재)분산될 수 있습니다.
(b) X3000 및 (c) X8000에서 그래핀 나노혈소판의 SEM 이미지
(연구 및 이미지: ©Alizadeh et al., 2018)
- 고품질 그래핀
- 높은 처리량 / 높은 수율
- 균일한 분산
- 고농도
- 고점도
- 신속한 프로세스
- 저가
- 고효율
- 환경 친화적 인
그래핀 분산을 위한 7kW 초음파 반응기
그래핀을 위한 초음파 균질화기 및 분산기
Hielscher 초음파는 벌크 층 그래 핀과 흑연을 단층, 이중 및 소층 그래 핀으로 각질을 제거하고 분산시키는 고출력 초음파 시스템을 제공합니다. 신뢰할 수 있는 초음파 프로세서와 고급 반응기는 특정 공정 목표를 달성하는 데 필요한 전력과 정밀한 제어를 제공합니다.
가장 중요한 공정 매개 변수 중 하나는 초음파 진폭이며, 이는 초음파 혼에서의 진동 변위입니다. Hielscher 산업용 초음파는 최대 200μm에서 연속 작동으로 매우 높은 진폭을 제공하도록 설계되었습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 프로브를 사용할 수 있습니다. 모든 Hielscher 초음파 발생기의 공정 매개 변수는 필요한 공정 조건에 맞게 정확하게 조정되고 내장 소프트웨어를 통해 모니터링 할 수 있으므로 높은 신뢰성, 일관된 품질 및 재현 가능한 결과를 보장합니다. Hielscher 초음파 발생기의 견고한 설계는 까다로운 환경에서 24/7 작동을 위해 제작되었으므로 초음파 처리는 단층 및 소층 그래 핀 나노 시트의 대규모 생산에 선호되는 기술입니다.
Hielscher는 다양한 크기와 형상의 소노트로드 및 반응기를 포함한 광범위한 초음파 발생기 및 액세서리를 제공합니다. 이를 통해 시약, 부피당 초음파 에너지 입력, 압력, 온도 및 유속과 같은 최적의 반응 조건 및 요소를 선택하여 최고의 품질을 달성할 수 있습니다. 그들의 초음파 반응기는 최대 수백 barg까지 가압 할 수 있으므로 점성이 높은 페이스트 (최대 250,000 센티푸아즈)의 초음파 처리가 가능합니다.
이러한 기능은 초음파 박리, 박리 및 분산을 기존의 연삭 및 밀링 기술보다 우수하게 만듭니다.
Hielscher 초음파 발생기는 시장에서 가장 정교한 초음파 균질화기입니다. Hielscher 초음파 발생기와 함께 제공되는 수많은 이점을 활용하십시오!
초음파 발생기 UP100H를 사용하여 그래 핀 나노 혈소판의 초음파 합성을 시각화 한 그래픽
(연구 및 그래픽: Ghanem and Rehim, 2018)
그래핀에 대한 Hielscher 초음파 발생기 :
- 고출력 초음파
- 높은 전단력
- 적용 가능한 고압
- 정밀한 제어
- 원활한 확장성(선형)
- 배치(batch) 및 플로우 스루(flow-through)
- 재현 가능한 결과
- 신뢰도
- 견고성
- 높은 에너지 효율
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
그래핀이란?
그래핀은 원자 1개 두께의 탄소층으로, 그래핀의 단층 또는 2D 구조(단층 그래핀 = SLG)로 설명할 수 있습니다. 그래핀은 비표면적이 매우 크고 기계적 특성(영률 1TPa 및 고유 강도 130GPa)을 가지며 우수한 전자 및 열 전도성, 전하 캐리어 이동성, 투명성을 제공하며 가스가 투과되지 않습니다. 이러한 재료 특성으로 인해 그래핀은 복합재에 강도, 전도성 등을 부여하기 위한 강화 첨가제로 사용됩니다. 그래핀의 특성을 다른 물질과 결합하기 위해서는 그래핀을 화합물에 분산시키거나 기판에 박막 코팅으로 도포해야 합니다.
그래핀 나노시트를 분산시키기 위해 액상으로 자주 사용되는 일반적인 용매에는 디메틸 설폭사이드(DMSO), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 테트라메틸우레아(TMU, 테트라하이드로푸란(THF), 프로필렌 카보네이트아세톤(PC), 에탄올 및 포름아미드가 있습니다.
그래핀을 물에 분산시킬 수 있습니까?
예, 그래핀은 계면활성제, 폴리머 또는 기타 안정화제를 사용하여 응집을 방지하고 분산 안정성을 유지하기 위해 물에 분산될 수 있습니다. 프로브형 초음파 발생기와 같은 신뢰할 수 있는 분산 장비는 초음파 에너지를 사용하여 응집체를 분해하고 그래핀 입자의 크기를 줄여 액체 매체에서 보다 균일하고 안정적인 분산을 촉진함으로써 그래핀 분산에 중요한 역할을 합니다.
산화 그래핀이 물에 녹을 수 있습니까?
예, 산화 그래핀은 산소 함유 작용기로 인해 물에 용해될 수 있으며, 이는 친수성을 향상시키고 안정적인 수성 분산액을 형성할 수 있도록 합니다.
그래핀을 분산시키는 가장 좋은 용매는 무엇입니까?
그래핀을 분산시키는 가장 좋은 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)으로 극성이 높고 그래핀 시트를 안정화하는 능력으로 인해 균일하고 안정적인 분산을 제공합니다.
그래핀이 물에 녹지 않는 이유는 무엇입니까?
그래핀은 물 분자와 상호 작용할 수 있는 작용기가 없기 때문에 물에 녹지 않으며, 소수성이며 그래핀 시트 사이의 강한 반데르발스 힘으로 인해 응집이 발생하기 쉽습니다.
그래핀이 복합재에 사용되는 이유는 무엇입니까?
그래핀은 원자 1개의 두께가 가장 얇고 무게는 1m당 약 0.77mg입니다2 가장 가볍고 인장 강성이 150,000,000psi(강철보다 100-300배 강함)이고 인장 강도가 130,000,000,000파스칼인 알려진 가장 강한 재료입니다.
또한, 그래핀은 최고의 열전도체입니다(실온에서 (4.84±0.44) × 103 에 (5.30±0.48) × 103 ᄏ-11· K-1) 및 최고의 전기 도체(전자 이동도 15,000cm 이상2· V-1에스-1).
그래핀의 또 다른 중요한 특징은 백색광의 πα≈2.3%에서 빛을 흡수하는 광학적 특성과 투명한 외관입니다.
그래핀을 매트릭스에 통합함으로써 이러한 뛰어난 재료 특성을 고유한 기능을 제공하는 결과 복합재로 전달할 수 있습니다. 이러한 그래핀 강화 복합재는 재료 개발 및 산업 응용 분야에 새로운 가능성을 제공합니다. 이러한 특성으로 인해 그래핀 및 그래핀 복합재는 이미 고성능 배터리, 슈퍼 커패시터, 전도성 잉크, 코팅, 태양광 시스템 및 전자 장치의 제조에 널리 보급되어 있습니다
Hielscher 초음파 발생기는 그래 핀 나노 시트를 복합 매트릭스에 균일하게 분배하기 위해 반 데르 발스 (van der Waals) 힘을 극복하는 데 필요한 높은 전단력을 제공합니다. UIP2000hdT 또는 UIP16000와 같은 초음파 분산기는 그래 핀 및 그래 핀 산화물 강화 나노 복합재를 생산하는 데 사용됩니다.
문헌/참고문헌
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- 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.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
