• 단층 및 이중층 그래 핀 나노 시트는 높은 처리량과 낮은 비용으로 초음파 박리를 통해 신속하게 생산 될 수 있습니다.
• 초음파 분쇄 된 그래 핀은 수분 산성 그라 핀을 얻기 위해 생체 고분자로 기능화 될 수 있습니다.
• 초음파 공동화에 의해, 합성 된 그래 핀은 안정한 수계 분산 물로 추가 가공 될 수있다.

고 품질 그라 핀의 초음파 박리

Ultrasonication은 흑연 박편 또는 입자로부터 그라 핀 층 (단일, 이중 및 수 층 그라 핀)을 생산하는 신뢰할 수있는 방법입니다. 볼 및 롤 밀 또는 고 전단 믹서와 같은 다른 일반적인 박리 기술은 낮은 품질과 공격적인 시약 및 용제의 사용과 관련되어 있지만 초음파 박리 법은 높은 품질의 출력, 높은 공정 용량 및 약한 가공 조건으로 확신합니다.
초음파 캐비테이션은 적층 된 흑연 층을 결함이없는 그래 핀의 모노, 바이 및 몇 개의 층으로 분리하는 강렬한 전단력을 생성합니다.

초음파 처리를 통한 수분 산성 그래 핀 시트

초음파는 물이나 유기 용매에서 탄소 나노 튜브를 풀기 위해 반복 가능한 결과를 가진 효과적인 절차입니다. [/캡션] 정상적인 조건에서 그래핀은 물에 거의 분산되지 않으며 수성 매질에 분산될 때 응집체와 응집체를 형성합니다. 수성 시스템은 저렴하고 무독성이며 환경 친화적이라는 상당한 이점을 가지고 있기 때문에 수성 그래핀 시스템은 그래핀 제조업체와 다운스트림 산업에 매우 매력적입니다.
수분 산성 그라 핀 나노 시트를 얻기 위해, 초 박적으로 박리 된 그래 핀은 풀루 란, 키토산, 알긴산 염, 젤라틴 또는 아라비아 고무와 같은 다당류 / 생체 고분자로 개질된다.

초음파를 이용한 흑연의 직접 각질 제거 프로토콜

비이온성 풀루란과 음이온성 알긴산(1.0g)을 증류수 20ml에 별도로 용해시킨 반면, 양이온성 키토산(0.4g)을 1wt% 아세트산이 포함된 증류수 20ml에 용해시켰다. 흑연 분말을 수성 바이오 폴리머 용액에 분산시키고 프로브 형 초음파 처리기 UP200S (최대 전력 200W, 주파수 24kHz, Hielscher 초음파, 독일)를 사용하여 티타늄 sonotrode (마이크로 팁 S3, 팁 직경 3mm, 최대 진폭 210μm, 음향 전력 밀도 또는 표면 강도 460W cm-2) 다음 조건 하에서 : 0.5 사이클 및 50 % 진폭, 각각 10분, 20분, 30분, 60분 동안. 최상의 결과는 30 분 초음파 처리에서 얻어졌다. 초음파 처리는 30 분 동안 16.25 W의 전력으로 적용되었으며, 에너지 소비 (단위 부피 당 에너지 출력)는 731 Ws ml-1입니다.
이어서, 혼합물을 1500rpm에서 60분 동안 원심분리하여 박리되지 않은 흑연 입자를 제거한 후, 5회 세척하고 다시 5000rpm에서 20분 동안 원심분리하여 과량의 바이오폴리머를 제거하였다. 생성된 짙은 회색 용액을 질량 손실이 없을 때까지 40ºC에서 진공 건조했습니다. 생성 된 폴리머 – 그래 핀 분말은 특성 분석을 위해 물 (풀루 란 및 키토산의 경우 1 mg ml-1, 알긴산의 경우 0.18 mg ml-1)에 재분산되었다. 풀루란-, 알지네이트- 및 키토산 보조 초음파에 의해 얻어진 그래핀 시트는 각각 pull-G, alg-G 및 chit-G로 표시되었습니다.
3 가지 시스템 중 pullulan과 chitosan은 alginate보다 흑연 박리에서 더 효과적이었다. 이 방법은 낮은 측면 (모서리) 결함을 갖는 박리 된 모노 -, 바이 - 및 수 - 층 그래 핀 시트를 산출 하였다. 그라 핀 표면에 바이오 폴리머를 흡착하면 수성 분산액의 안정성이 6 개월 이상 지속됩니다.
(참조, Unalan et al. 2015)

물 속의 흑연 플레이크의 소노 기계적 각질 제거를 보여주는 프레임의 고속 시퀀스 (a에서 f까지) UP200S, 3mm sonotrode가있는 200W 초음파 발생기를 사용합니다. 화살표는 분할을 관통하는 캐비테이션 기포가있는 분할 (각질 제거) 장소를 나타냅니다.
(연구 및 사진: © Tyurnina et al. 2020

그래핀 각질 제거를 위한 초음파 발생기

Hielscher 고출력 초음파 프로세서는 흑연과 그래핀의 성공적인 각질 제거 및 분산을 위해 전 세계적으로 사용됩니다. 당사의 초음파 분산기는 실험실 및 벤치 탑에서 전체 산업 생산 장치까지 사용할 수 있습니다. 견고성, 24/7 작동 및 낮은 유지 보수 외에도 Hielscher 초음파 는 높은 처리 용이성과 선형 확장성으로 확신합니다.
프로세스는 실험실에서 쉽게 테스트하고 최적화 할 수 있습니다. 이후 모든 공정 결과는 상업 생산 수준에 따라 완전히 선형으로 조정할 수 있습니다. 이로 인해 고품질의 그래 핀 시트를 대량 생산할 때 초음파 처리가 효과적이고 효율적인 생산 방법이되었습니다.
Hielscher 초음파 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭은 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해, 사용자 정의 초음파 sonotrodes를 사용할 수 있습니다. 일치하는 초음파 반응기는 안정적인 나노 시트 분산뿐만 아니라 고품질 그래 핀 나노 시트의 신뢰할 수 있고 안전한 대량 생산 능력을 보장합니다.

Hielscher의 초음파 장비의 견고성은 까다로운 환경과 까다로운 환경에서 연중 무휴로 작동 할 수 있습니다.
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.