Graphen-Nanoplättchen duerch Ultraschallbehandlung mat enger Sond synthetiséiert an dispergéiert

Graphen-Nanoplättchen (GNPs) kënne mat héijer Effizienz an Zouverlässegkeet mat Ultraschallapparater synthetiséiert an dispergéiert ginn. Ultraschall mat héijer Intensitéit gëtt agesat, fir Graphit ze exfoliéieren a Graphen aus wéinege Schichten ze gewannen, deen dacks als Graphen-Nanoplättche bezeechent gëtt. D’Ultraschallbehandlung zeechent sech och doduerch aus, datt se eng exzellent Verdeelung vu Graphen-Nanoplättchen a Suspensioune mat niddreger wéi och mat héijer Viskositéit erméiglecht.

Veraarbechtung vu Graphen-Nanoplättchen – Iwwerleeë Resultater mat Ultraschallbehandlung

Fir d’Veraarbechtung vu Graphen-Nanoplättche sinn Ultraschallapparater mat Sond dat effikasst, zouverlässegt an einfach ze benotzend Instrument. Well Ultraschall fir d’Synthes, d’Dispersioun an d’Funktionaliséierung vu Graphen-Nanoplättchen agesat ka ginn, ginn Ultraschallapparater fir vill Uwendunge mat Graphen benotzt:

• Exfoliatioun a Synthes Ultraschallapparater mat Sond gi benotzt, fir Graphit zu Graphen aus wéinege Schichten oder zu Graphen-Nanoplättchen ze exfoliéieren. Den Ultraschall mat héijer Intensitéit iwwerwënnt d’Kräften tëscht de Schichten an zerleet de Graphit a méi kleng, eenzel Graphenblieder.
• Dispersioun: Eng gläichméisseg Dispersioun vu Graphen-Nanoplättchen an engem flëssege Medium z’erreechen ass fir all Uwendunge mat Graphen entscheedend. Ultraschallapparater mat Sond kënnen d’Nanoplättche gläichméisseg an der ganzer Flëssegkeet dispergéieren, wat d’Agglomeratioun verhënnert an eng stabil Suspensioun garantéiert.
• Funktionaliséierung: D’Ultraschallbehandlung erliichtert d’Funktionaliséierung vu Graphen-Nanoplättchen, andeems se d’Ulagerung vu funktionelle Gruppen oder Moleküllen un hir Uewerfläche fërdert. Dës Funktionaliséierung verbessert hir Kompatibilitéit mat bestëmmte Polymeren oder Materialien.

Synthes vu Graphen-Nanoplättchen duerch Ultraschallbehandlung

Graphen-Nanoplättche kënnen duerch ultraschallënnerstëtzt Exfoliatioun vu Graphit synthetiséiert ginn. Dofir gëtt eng Graphitsuspensioun mat engem Ultraschallhomogenisator mat Sond behandelt. Dës Prozedur gouf mat ganz niddrege Feststoffkonzentratiounen (z. B. 4wt% oder manner) bis hin zu héije Feststoffkonzentratiounen (z. B. 10wt% oder méi) getest.
 
Ghanem a Rehim (2018) berichten iwwer d’Ultraschallexfoliatioun vu Graphit am Waasser mat Hëllef vun Natriumdodecylbenzolsulfonat (SDS), fir dispergéiert Graphen-Nanoplättchen hierzestellen. D’Benotzung vum Ultraschallapparat mat Sond UP 100H huet déi erfollegräich Hierstellung vun defektfräiem Graphen aus wéinege Schichten (>5) erméiglecht. De follgende Virgängerstoff gouf benotzt: Reduzéiert Graphen-Nanoblieder goufe mat der Hummer-Method hiergestallt a mat zwee zousätzleche Schrëtt behandelt, der Oxidatioun vu Graphit, gefollegt vun der Reduktioun vu Graphenoxid. Doduerch goufen dispergéiert Graphen-Nanoplättchen am Waasser mat der Léisungsmëtteldispersiounsmethod kritt (kuckt d’Schema hei ënnen). Graphitschichte goufe mat Ultraschall mam Ultraschallapparat mat Sond UP100H (100 W) exfoliéiert. 0,25 g SDS goufen an 150 mL deioniséiertem Waasser opgeléist an duerno goufen 0,5 g Graphit derbäigesat. D’Graphitléisung gouf fir 12h an engem Äisbad mat Ultraschall behandelt an duerno gouf d’Suspensiounsléisung bei 686× g fir 30 min zentrifugéiert, fir déi grouss Partikelen ze entfernen. Den Nidderschlag gouf verworf an déi iwwerstoend Flëssegkeet gouf nach eng Kéier fir 90 min bei 12.600× g zentrifugéiert. Déi kritt dispergéiert Graphen-Nanoplättche goufen e puer Mol grëndlech gewäsch, fir den Tensid ze entfernen. Schlussendlech gouf d’Produkt bei 60ºC ënner Vakuum gedréchent.

Héichopléisend Transmissiounselektronemikroskopbiller vu Graphen-Nanoblieder, déi
duerch ultraschallënnerstëtzt Dispersioun an der wässerlecher Phas an d’Hummer-Method kritt goufen.
(Etüd a Grafik: Ghanem a Rehim, 2018)

Wat ass den Ënnerscheed tëscht Graphenblieder an Nanoplättchen?

Graphenblieder a Graphen-Nanoplättche si béid Nanomaterialien aus Graphen, dat aus enger eenzeger Schicht vu Kuelestoffatomer besteet, déi an engem hexagonale Gitter ugeluecht sinn. Heiansdo ginn d’Begrëffer Graphenblieder a Graphen-Nanoplättche synonym benotzt. Aus wëssenschaftlecher Siicht ginn et awer e puer Ënnerscheeder tëscht dëse Graphen-Nanomaterialien: Den Haaptënnerscheed tëscht Graphenblieder a Graphen-Nanoplättche läit an hirer Struktur an Déckt. Graphenblieder bestinn aus enger eenzeger Schicht vu Kuelestoffatomer a sinn aussergewéinlech dënn, wärend Graphen-Nanoplättche méi déck sinn an aus méi Graphenschichte bestinn, déi openee gestapelt sinn. Dës strukturell Ënnerscheeder kënnen hir Eegenschaften an hir Eegnung fir spezifesch Uwendunge beaflossen. D’Benotzung vun Ultraschallapparater mat Sond ass eng héich effikass an effizient Technik, fir souwuel eeschichteg Graphenblieder wéi och Graphen-Nanoplättchen aus e puer openee gestapelte Schichten ze synthetiséieren, ze dispergéieren an ze funktionaliséieren.

Grafik, déi d’Ultraschallsynthees vu Graphen-Nanoplättche mam Ultraschallapparat UP100H veranschaulecht
(Etüd a Grafik: Ghanem a Rehim, 2018)

Dispersioun vu Graphen-Nanoplättchen duerch Ultraschallbehandlung

Déi gläichméisseg Dispersioun vu Graphen-Nanoplättchen (GNPs) ass bei verschiddenen Uwendungen entscheedend, well si d’Eegenschaften an d’Leeschtungsfäegkeet vun de resultéierende Materialien oder Produkter direkt beaflosst. Dofir ginn a verschiddenen Industrien Ultraschallapparater fir Graphen-Nanoplättchen-Dispersiounen installéiert. Déi folgend Industrien si markant Beispiller fir den Asaz vu Leeschtungsultraschall:
 

• Nanokompositten: Graphen-Nanoplättche kënnen a verschidden Nanokompositmaterialien, wéi Polymeren, agebaut ginn, fir hir mechanesch, elektresch an thermesch Eegenschaften ze verbesseren. Ultraschallapparater mat Sond hëllefen, d’Nanoplättche gläichméisseg an der Polymermatrix ze dispergéieren, wat d’Leeschtungsfäegkeet vum Material verbessert.
• Elektroden a Batterien: Graphen-Nanoplättche gi bei der Entwécklung vu leeschtungsstaarken Elektroden fir Batterien a Superkondensatore benotzt. D’Ultraschallbehandlung hëlleft, gutt dispergéiert Elektrodematerialien op Graphenbasis mat enger vergréisserter Uewerfläch hierzestellen, wat hir Fäegkeet verbessert, Energie ze späicheren.
• Katalys: D’Ultraschallbehandlung ka benotzt ginn, fir katalytesch Materialien op Basis vu Graphen-Nanoplättchen hierzestellen. Déi gläichméisseg Dispersioun vu katalyteschen Nanopartikelen op der Graphenuewerfläch kann d’katalytesch Aktivitéit bei verschiddene Reaktioune verbesseren.
• Sensoren: Graphen-Nanoplättche kënne bei der Hierstellung vu Sensore fir verschidden Uwendungen agesat ginn, dorënner d’Gaserkennung, d’Biosensorik an d’Ëmweltiwwerwaachung. D’Ultraschallbehandlung suergt fir eng homogen Verdeelung vun den Nanoplättchen an de Sensormaterialien, wat zu enger verbesserter Empfindlechkeet a Leeschtungsfäegkeet féiert.
• Beschichtungen a Filmer: Ultraschallapparater mat Sond gi benotzt, fir Beschichtungen a Filmer op Basis vu Graphen-Nanoplättche fir Uwendungen an der Elektronik, an der Loft- a Raumfaart a bei Schutzbeschichtungen hierzestellen. Eng gläichméisseg Dispersioun an eng gutt Haftung op de Substrate si fir dës Uwendungen entscheedend.
• Biomedezinesch Uwendungen: Bei biomedezineschen Uwendunge kënne Graphen-Nanoplättche fir den Transport vu Wierkstoffer, fir bildgebend Verfahren a fir d’Gewësszüchtung benotzt ginn. D’Ultraschallbehandlung hëlleft bei der Hierstellung vu Nanopartikelen a Kompositten op Graphenbasis, déi an dësen Uwendunge benotzt ginn.

SEM-Biller vu Graphen-Nanoplättche bei (b) X3000 an (c) X8000
(Etüd a Biller: ©Alizadeh et al., 2018)

Wëssenschaftlech beluechte Resultater fir Graphen-Nanoplättchen-Dispersiounen duerch Ultraschall

Wëssenschaftler hunn a ville Studien Hielscher Ultraschallapparater fir d’Synthes an d’Dispersioun vu Graphen-Nanoplättche benotzt an d’Auswierkunge vun der Ultraschallbehandlung grëndlech getest. Hei drënner fannt Dir e puer Beispiller fir dat erfollegräicht Amësche vu Graphen-Nanoplättchen a verschidde Mëschunge wéi wässerlech Schläim, Epoxyharzer oder Mörtel.
 
Eng üblech Prozedur fir eng zouverlässeg, séier a gläichméisseg Dispersioun vu Graphen-Nanoplättchen ass déi folgend:
Fir d’Dispersioun goufen d’Graphen-Nanoplättchen a rengem Aceton mam Hielscher Ultraschallmëscher UP400S bal eng Stonn laang mat Ultraschall behandelt, fir eng Agglomeratioun vun de Graphen-Schichten ze verhënneren. Den Aceton gouf duerch Verdampfung komplett ewechgeholl. Duerno goufen d’Graphen-Nanoplättche mat engem Undeel vun 1 wt % vum Epoxysystem bäigefüügt a 15 Minutte laang am Epoxyharz bei 90W mat Ultraschall behandelt.
(vgl. Cakir et al., 2016)
 
Eng aner Studie ënnersicht d’Verstäerkung vun Nanoflëssegkeeten op Basis vun ionesche Flëssegkeeten (Ionanoflëssegkeeten) duerch d’Bäifüüge vu Graphen-Nanoplättchen. Fir eng iwwerleeën Dispersioun gouf d’Mëschung aus Graphen-Nanoplättchen, ionescher Flëssegkeet an Natriumdodecylbenzolsulfonat mam Hielscher Ultraschallapparat mat Sond UP200S ongeféier 90 min laang homogeniséiert.
(vgl. Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis et al. (2019) beriichten iwwer dat effektiivt Abanne vu Graphen-Nanoplättchen a Mörtel. Dofir goufe wässerlech Graphen-Suspensiounen hiergestallt, andeems Nanoplättchen – a Massen, déi duerch déi gewënschten Zilgehalter an de resultéierende Materialie virgi waren – a Mëschungen aus normalem Krunnewaasser a Plastifizéierer bäigefüügt goufen an duerno 2 min laang mat engem Magnéitréierer geréiert gouf. D’Suspensioune goufe bei Raumtemperatur 90 min laang duerch Ultraschall homogeniséiert. Dobäi gouf en Hielscher UP400S Apparat (Hielscher Ultrasonics GmbH) benotzt, dee mat enger 22mm-Sonotrod equipéiert war an eng Leeschtung vu 4500 J/min bei enger Frequenz vu 24 kHz geliwwert huet. Déi spezifesch Kombinatioun aus Energiezouféierungsrate an Dauer vun der Ultraschallbehandlung gouf als optimal bestëmmt, nodeems den Afloss vun den Ultraschallparameteren op d’Qualitéit vun der Suspensioun grëndlech ënnersicht gi war.
(vgl. Tragazikis et al., 2019)
 
Zainal et al. (2018) stellen an hirer Fuerschung fest, datt eng gëeegent Dispersiounstechnik wéi d’Ultraschallbehandlung garantéiert, datt Nanomaterialie wéi Graphen-Nanoplättchen d’Eegenschafte vu Fëllmaterialie verbessere kënnen. Dat läit dorun, datt d’Dispersioun ee vun de wichtegste Facteure fir d’Hierstellung vu qualitativ héichwäertegen Nanokompositte wéi Epoxy-Vergossmörtel ass.

Héichleeschtungsultraschallapparater fir d’Veraarbechtung vu Graphen-Nanoplättchen

Hielscher Ultrasonics ass de Maartleader bei Héichleeschtungsultraschallapparater fir d’Veraarbechtung vun Nanomaterialien. Hielscher Ultraschallapparater mat Sond gi weltwäit a Laboratoiren an an industriellen Ëmfelder fir verschidden Uwendunge benotzt, dorënner d’Veraarbechtung vu Graphen-Nanoplättchen.
Technologie um neiste Stand, däitscht Handwierk an Ingenieurswiesen souwéi laangjäreg technesch Erfarung maachen Hielscher Ultrasonics zu Ärem bevorzugte Partner fir eng erfollegräich Ultraschalluwendung.

Konzeptioun, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit hiergestallt an Däitschland

D’Ultraschallapparater vun Hielscher si fir hir héchst Qualitéits- an Designstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen eng reibungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. D’Ultraschallapparater vun Hielscher gi liicht mat haarde Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfelder eens.

Hielscher Ultrasonics ass eng ISO-zertifizéiert Entreprise a leet besonnesche Wäert op héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater mat modernster Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn d’Ultraschallapparater vun Hielscher CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.

Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: