수성 그래핀 각질 제거
초음파 각질 제거는 순수한 물만을 사용하여 가혹한 용매를 사용하지 않고 몇 층 그래 핀을 생성 할 수 있습니다. 고출력 초음파 처리는 짧은 처리 내에서 그래 핀 시트를 삭제합니다. 용매의 회피는 녹색, 지속 가능한 프로세스에서 그래 핀 각질 제거를 켭니다.
액체 단계 각질 제거를 통한 그래핀 생산
그래 핀은 소위 액체 상 각질 제거를 통해 상업적으로 제조된다. 그래 핀의 액체 상 각질 제거는 화학 전처리 또는 기계적 분산 기술과 함께 사용되는 독성, 환경적으로 유해하고 고가의 용매의 사용을 필요로한다. 그래핀 시트의 기계적 분산을 위해 초음파는 완전 산업 수준에서 대량으로 고품질 그래 핀 시트를 생산하는 매우 신뢰할 수 있고 효율적이며 안전한 기술로 확립되었습니다. 가혹한 용매의 사용은 항상 비용, 오염, 복잡한 제거 및 폐기, 안전 문제 뿐만 아니라 환경 부담과 함께 수반되기 때문에, 비독성 및 안전한 대안은 유의하게 유리하다. 따라서 몇 층 그래 핀 시트의 기계적 담화를위한 용매 및 전력 초음파로 물을 사용하는 그래 핀 각질 제거는 녹색 그래 핀 제조에 대한 매우 유망한 기술이다.
그래핀 나노시트를 분산시키는 액체 상으로 자주 사용되는 일반적인 용매에는 디메틸 설프산화물(DMSO), N,N-디메틸포르마미드(DMF), N-메틸-2-피리로돈(NMP), 테트라메틸루레아(TMU), 테트라하이드로푸란(THF), 프로필레닌 카탄(EF), 프로필레카테아테톤(TEF), 프로필레아테네 카노파미드(PCF) 등이 있다.
상업적 규모의 그래핀 각질 제거를 위한 이미 장기 확립된 기술로 초음파는 저렴한 비용으로 고순도의 고품질 그래핀을 생성할 수 있게 해줍니다. 초음파 그래핀 각질 제거는 모든 부피에 완전히 선형배율로 확장될 수 있기 때문에 고품질 그래핀 플레이크의 생산 수율은 그래핀의 대량 생산을 위해 쉽게 구현될 수 있습니다.
그만큼 UIP2000hdT 그래 핀 각질 제거 및 분산을위한 2kW 강력한 초음파 분산기입니다.
물 속그래핀의 초음파 각질 제거
Tyurnina 외(2020)는 순수한 수질 흑연 솔루션과 그로 인한 그래핀 각질 제거에 대한 진폭 및 초음파 처리 강도의 효과를 조사했다. 연구에서, 그들은 Hielscher를 사용 UP200S (200W, 24kHz). 물을 이용한 초음파 각질 제거는 몇 층 그래핀 담화를 위한 단일 단계 공정으로 적용되었다. 2h의 짧은 처리는 오픈 비커 초음파 설정에서 몇 층 그래 핀을 생성하기에 충분했다.
3mm 소노로드가 있는 24kHz 초음파관인 UP200s를 사용하여 물에 흑연 플레이크의 소노 기계식 각질을 보여주는 프레임의 고속 시퀀스(a에서 f까지). 화살표는 분할을 관통 캐비테이션 거품으로 분할 (각질 제거)의 장소를 보여줍니다.
© 티우르니나 외 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
초음파 그래핀 각질 제거의 최적화
Tyurnina 등(2020)이 사용하는 초음파 설정은 유동 모드에서 폐쇄된 초음파 반응기를 사용하여 보다 효율적이고 더 빠른 각질 제거에 쉽게 최적화할 수 있습니다. 초음파 인라인 처리는 모든 흑연 원료의 훨씬 더 균일한 초음파 처리를 허용합니다 : 초음파 캐비테이션의 제한된 공간에 흑연 / 물 용액을 직접 공급하고, 모든 흑연은 균일하게 초음파 처리되어 고품질 그래핀 플레이크의 높은 수율의 결과로 균일하게 초음파 처리됩니다.
Hielscher 초음파 시스템은 진폭, 시간 /보존, 에너지 입력 (Ws / mL), 압력 및 온도와 같은 모든 중요한 처리 매개 변수를 정밀하게 제어 할 수 있습니다. 최적의 초음파 매개 변수를 설정하면 최고 수율, 품질 및 전반적인 효율성이 향상됩니다.
초음파는 그래핀 각질 제거를 촉진하는 방법
고전력 초음파가 흑연 분말과 물 또는 용매의 슬러리에 결합될 때, 고전단, 강렬한 난기류 및 고압 및 온도 차동과 같은 sonomechanical 힘은 에너지 강도 의 조건을 만듭니다. 이러한 에너지 강도 조건은 음향 캐비테이션의 현상의 결과입니다. 초음파 캐비테이션에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하십시오!
전력 초음파는 흑연 분말의 확장을 개시, 유체는 흑연이 구성되는 그래 핀 층 사이에 압착되기 때문에. 초음파 전단 힘은 그래 핀의 단일 시트를 파기하고 용액의 그래핀 플레이크로 분산시합니다. 물 속에서 그래 핀의 장기적인 안정성을 얻으려면 계면 활성제가 필요합니다.
그래 핀 각질 제거의 초음파 액체 상 각질 제거의 기계화.
연구 및 티우르니나 외, 2021.
그래핀 각질 제거를 위한 고성능 초음파
Hielscher 초음파 의 스마트 기능은 신뢰할 수있는 작동, 재현 가능한 결과 및 사용자 친화성을 보장하도록 설계되었습니다. 운영 설정은 직관적인 메뉴를 통해 쉽게 액세스하고 전화를 걸 수 있으며, 디지털 컬러 터치 디스플레이 및 브라우저 리모컨을 통해 액세스할 수 있습니다. 따라서 순 에너지, 총 에너지, 진폭, 시간, 압력 및 온도와 같은 모든 처리 조건이 내장 된 SD 카드에 자동으로 기록됩니다. 이를 통해 이전 초음파 처리 실행을 수정하고 비교하고 그래핀 각질 제거 공정을 최고 효율로 최적화할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 시스템은 고품질 그래핀 시트와 그래핀 산화물의 제조를 위해 전 세계적으로 사용됩니다. Hielscher 산업용 초음파 는 연속 작동 (24/7/365)에서 높은 진폭을 쉽게 실행할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭은 표준 sonotrodes (초음파 프로브 / 뿔 및 및 카스카트로드TM). 더 높은 진폭을 위해 사용자 정의 초음파 sonotrodes를 사용할 수 있습니다. 견고성과 유지 보수 가 적기 때문에 초음파 각질 제거 시스템은 일반적으로 중장비 응용 프로그램과 까다로운 환경에 설치됩니다.
그래핀 각질 제거를 위한 Hielscher 초음파 프로세서는 이미 전 세계적으로 상업적 규모로 설치되어 있습니다. 그래핀 제조 공정에 대해 지금 문의하십시오! 숙련된 직원들은 각질 제거 과정, 초음파 시스템 및 가격에 대한 자세한 정보를 공유하게 되어 기쁩니다!
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.
| 일괄 볼륨 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 ~ 500mL | 10 ~ 200mL / min | UP100H |
| 10 ~ 2000mL | 20 ~ 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ~ 20L | 0.2 ~ 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 ~ 100L | 2 ~ 10L / min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 ~ 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | 더 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 응용 프로그램, 분산, 에멀화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질화를 제조합니다.
문학 / 참고 문헌
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
알만한 가치가있는 사실
그래 핀
그래 핀은 sp의 단일 층이다.2결합 된 탄소 원자. 그라 핀은 특유의 큰 비 표면적 (2620m2지-1), 1 TPa의 탄성 계수와 130 GPa의 내재 강도를 가진 우수한 기계적 특성, 극도로 높은 전자 전도성 (2.5 x 105 cm의 실내 온도 전자 이동도2 V-1에스-1), 매우 높은 열전도도 (3000WmK 이상-1)를 사용하여 가장 중요한 속성의 이름을 지정합니다. Graphene은 우수한 소재 특성으로 인해 고성능 배터리, 연료 전지, 태양 전지, 수퍼 커패시터, 수소 저장 장치, 전자기 차폐 및 전자 장치의 개발 및 생산에 많이 사용됩니다. 또한, 그래 핀은 폴리머, 세라믹 및 금속 매트릭스와 같은 강화 첨가제로서 많은 나노 복합 재료 및 복합 재료에 통합됩니다. 높은 전도성으로 인해, 그라 핀은 전도성 페인트 및 잉크의 중요한 구성 요소입니다.
신속하고 안전한 결함이없는 그래 핀의 초음파 준비 큰 비용으로 대량으로 그라 핀을 더 많은 산업 분야로 확대 적용 할 수 있습니다.
그라 핀은 1 원자 두께의 탄소 층으로 단일 레이어 또는 2D 구조의 그래 핀 (단일 레이어 그래 핀 = SLG)으로 설명 할 수 있습니다. Graphene은 매우 큰 비 표면적과 우수한 기계적 성질 (영율 1 TPa 및 내재 강도 130 GPa)을 가지고 있으며 뛰어난 전자 및 열전도도, 전하 캐리어 이동성, 투명성을 제공하며 가스를 통과하지 못합니다. 이러한 물질 특성으로 인해 그라 핀은 강도, 전도성 등을 부여하기 위해 보강 첨가제로 사용됩니다. 그라 핀의 특성을 다른 재료와 결합하기 위해서는 그라 핀을 화합물에 분산 시키거나 박막 코팅으로 사용해야합니다 을 기판 상에 도포한다.
고성능 초음파! Hielscher의 제품 범위는 벤치 탑 유닛을 통해 소형 실험실 초음파 처리기에서 풀 산업 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 다룹니다.