Graphene Nanoplatelets synthetiséiert a verspreet iwwer Probe-Sonication
Graphene Nanoplatelets (GNPs) kënne synthetiséiert a verspreet ginn mat héijer Effizienz an Zouverlässegkeet mat Hëllef vu Sonicatoren. Héich-Intensitéit Ultraschall gëtt benotzt fir Graphit ze exfoliéieren an e puer Schicht Grafen ze kréien, dacks als Graphen Nanoplatelets bezeechent. Sonication excels och an der Erreeche vun exzellente Graphen Nanoplatelet Verdeelung a béid nidderegen an héich viskos Suspensioune.
Graphene Nanoplatelet Veraarbechtung – Superior Resultater mat Sonication
Fir graphene Nanoplatelet Veraarbechtung, Sonde-Typ Sonicators sinn effizientsten, zouverlässeg an einfach ze benotzen Outil. Zënter Ultrasonicatioun ka fir Synthese, Dispersioun a Funktionaliséierung vu graphene Nanoplatelet applizéiert ginn, Sonicatore gi fir vill graphene-relatéiert Uwendungen benotzt:
- Peeling a Synthese Sonde-Typ Sonicatoren gi benotzt fir Grafit an e puer Schicht Grafen oder Graphen Nanoplatelets ze exfoliéieren. D'High-Intensity Ultrasonication stéiert d'Interlayer Kräfte a brécht d'Graphit a méi kleng, individuell Blieder vu Graphen.
- Dispersioun: Eenheetlech Dispersioun vu graphene Nanoplatelets an engem flëssege Medium z'erreechen ass entscheedend fir all graphene-relatéiert Uwendungen. Sonde-Typ Sonicatoren kënnen d'Nanoplatelet gleichméisseg duerch d'Flëssegkeet verdeelen, agglomeratioun verhënneren an eng stabil Suspension garantéieren.
- Funktionaliséierung: Sonication erliichtert d'Funktionaliséierung vu graphene Nanoplatelets andeems se d'Befestegung vu funktionnelle Gruppen oder Molekülen op hir Surface förderen. Dës Funktionaliséierung verbessert hir Kompatibilitéit mat spezifesche Polymeren oder Materialien.
Ultrasonic Dispersiounssystem fir d'industriell Inline Dispersioun vu Graphen Nanoplatelets
Graphene Nanoplatelet Synthese iwwer Sonication
Graphene Nanoplatelets kënne synthetiséiert ginn duerch Ultraschall-assistéiert Grafit Peeling. Dofir gëtt eng Graphitsuspension sonicéiert mat engem Sonde-Typ Ultraschallhomogenisator. Dës Prozedur gouf getest mat ganz nidderegen (zB 4wt% oder méi niddereg) bis héich Feststoff (zB 10wt% oder méi héich) Konzentratioune.
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.
Héich Opléisung Transmissioun Elektronemikroskop Biller vun graphene Nanosheets kritt
iwwer Ultraschall-assistéiert Waasserphase Dispersioun an Hummer Method.
(Studie a Grafik: Ghanem a Rehim, 2018)
Wat ass den Ënnerscheed tëscht Graphene Blieder an Nanoplatelets?
Graphene Blieder a Graphene Nanoplatelets si béid Nanomaterialien aus Graphen, wat eng eenzeg Schicht vu Kuelestoffatomer ass an engem sechseckegen Gitter arrangéiert. Heiansdo ginn graphene Blieder a graphene Nanoplatelets als austauschbar Begrëffer benotzt. Awer wëssenschaftlech sinn et e puer Differenzen tëscht dëse graphene Nanomaterialien: De primären Ënnerscheed tëscht graphene Blieder a graphene Nanoplatelets läit an hirer Struktur an Dicke. Graphenplacke besteet aus enger eenzeger Schicht vu Kuelestoffatomer a sinn aussergewéinlech dënn, wärend Graphen Nanoplatelets méi déck sinn a besteet aus multiple gestapelte Graphenschichten. Dës strukturell Differenzen kënnen hir Eegeschaften an d'Eegeschaft fir spezifesch Uwendungen beaflossen. D'Benotzung vu Sonde-Typ Sonicatoren ass eng héich effizient an effizient Technik fir d'Graphen Een-Schicht-Graphenplacke wéi och e puer-Schicht gestapelte Graphen-Nanoplatelets ze synthetiséieren, ze disperséieren an ze funktionéieren.
Grafik visualiséiert d'Ultraschallsynthese vu Graphen Nanoplatelets mam Sonicator UP100H
(Studie a Grafik: Ghanem a Rehim, 2018)
Sonde-Typ Sonicator UP400St fir d'Virbereedung vun graphene Nanoplatelet Dispersiounen
Dispersioun vu Graphene Nanoplatelets mat Sonication
Déi eenheetlech Dispersioun vu graphene Nanoplatelets (GNPs) ass entscheedend a verschiddenen Uwendungen well et direkt d'Eegeschafte an d'Leeschtung vun de resultéierende Materialien oder Produkter beaflosst. Dofir gi Sonicatoren fir Graphen Nanoplatelet Dispersiounen a verschiddenen Industrien installéiert. Déi folgend Industrien si prominent Beispiller fir d'Benotzung vu Power-Ultraschall:
- Nano-Kompositen: Graphene Nanoplatelets kënnen a verschidde Nanokompositmaterialien agebaut ginn, wéi Polymere, fir hir mechanesch, elektresch an thermesch Eegeschaften ze verbesseren. Sonde-Typ Sonicatoren hëllefen d'Nanoplatelets an der Polymermatrix eenheetlech ze verdeelen, wat zu enger verbesserter Materialleistung resultéiert.
- Elektroden a Batterien: Graphene Nanoplatelets ginn an der Entwécklung vun High-Performance Elektroden fir Batterien a Supercapacitors benotzt. Sonication hëlleft gutt dispergéiert graphene-baséiert Elektroden Material mat verstäerkte Uewerfläch ze schafen, déi Energie Stockage Fäegkeeten verbessert.
- Katalyse: Sonication ka benotzt ginn fir katalytesch Materialien op Basis vu Graphen Nanoplatelets ze preparéieren. Déi eenheetlech Dispersioun vu katalytesche Nanopartikelen op der graphene Uewerfläch kann katalytesch Aktivitéit a verschiddene Reaktiounen verbesseren.
- Sensoren: Graphene Nanoplatelets kënne benotzt ginn an der Fabrikatioun vu Sensoren fir verschidden Uwendungen, dorënner Gas Sensing, Biosensing an Ëmweltiwwerwaachung. Sonication garantéiert homogen Verdeelung vun den Nanoplatelets a Sensormaterialien, wat zu enger verbesserter Sensibilitéit a Performance féiert.
- Beschichtungen a Filmer: Sonde-Typ Sonicators gi benotzt fir graphene Nanoplatelet-baséiert Beschichtungen a Filmer fir Uwendungen an Elektronik, Raumfaart a Schutzbeschichtungen ze preparéieren. Uniform Dispersioun a richteg Adhäsioun op Substrate si entscheedend fir dës Uwendungen.
- Biomedizinesch Uwendungen: A biomedizineschen Uwendungen kënne graphene Nanoplatelets fir Medikament Liwwerung, Imaging an Tissuetechnik benotzt ginn. Sonication hëlleft bei der Virbereedung vu graphene-baséiert Nanopartikelen a Kompositen, déi an dësen Uwendungen benotzt ginn.
SEM Biller vu graphene Nanoplatelets bei (b) X3000 an (c) X8000
(Studie a Biller: ©Alizadeh et al., 2018)
Wëssenschaftlech bewisen Resultater fir Ultrasonic Graphene Nanoplatelet Dispersiounen
D'Wëssenschaftler hunn Hielscher-Sonicatoren fir d'Synthese an d'Dispersioun vu graphene Nanoplatelets a ville Studien benotzt an d'Effekter vun der Ultraschall kräfteg getest. Hei ënnen fannt Dir e puer Beispiller fir déi erfollegräich Vermëschung vu Graphen Nanoplatelets a verschidde Mëschunge wéi wässerlech Schläim, Expoyharz oder Mierer.
Eng gemeinsam Prozedur fir déi zouverlässeg, séier eng eenheetlech Dispersioun vu graphene Nanoplatelets ass déi folgend Prozedur:
Fir d'Dispersioun goufen d'Graphen-Nanoplatelets a puren Aceton mat dem Hielscher Ultraschallmixer UP400S fir bal eng Stonn sonikéiert fir eng Agglomeratioun vu Graphenplacke ze vermeiden. Aceton gouf komplett duerch Verdampfung geläscht. Duerno goufen d'Graphen-Nanoplatelets bei 1 wt% vum Epoxysystem bäigefüügt a goufen am Epoxyharz bei 90W fir 15 Minutten sonicated.
(cf. Cakir et al., 2016)
Eng aner Studie ënnersicht d'Verstäerkung vun ionesche flëssege-baséierten Nanofluiden (Ionanofluiden) andeems Graphen Nanoplatelets bäigefüügt ginn. Fir eng super Dispersioun, gouf d'Mëschung aus Graphen Nanoplatelets, ionesch Flëssegkeet a Natriumdodecylbenzensulfonat homogeniséiert mam Hielscher Sonde-Typ Sonicator UP200S fir ongeféier 90 min.
(cf. Alizadeh et al., 2018)
Tragazikis et al. (2019) berichten déi effektiv Inkorporatioun vu Graphene Nanoplatelets an Mörser. Dofir goufen wässerlech Graphensuspensioune produzéiert duerch Zousatz vun Nanoplatelets - bei Gewiichter, déi duerch de wënschenswäerten Zilgehalt an de resultéierende Materialien ageschriwwe sinn - a Mëschunge vu reguläre Krunnwaasser a Plastifizéierer a spéider magnetesche Rühren fir 2 min. D'Suspensionen goufen duerch Ultraschall fir 90 min bei Raumtemperatur homogeniséiert, mat engem Hielscher UP400S-Apparat (Hielscher Ultrasonics GmbH) ausgestatt mat enger 22mm-Sonotrode, déi e Stroumduerchgang vu 4500 J / min bei enger Frequenz vu 24 kHz liwwert. Déi spezifesch Kombinatioun vun der Energierate an der Sonikatiounsdauer gouf als optimal no enger virsiichteg Untersuchung vum Effekt vun Ultraschallparameter vun der Suspensionqualitéit etabléiert.
(cf. Tragazikis et al., 2019)
Zainal et al. (2018) soen an hirer Fuerschung datt eng richteg Dispersiounstechnik wéi Sonikatioun garantéiert datt Nanomaterialien wéi Graphene Nanoplatetelets d'Eegeschafte vun Infillmaterialien verbesseren. Dëst ass wéinst der Tatsaach datt d'Dispersioun ee vun de wichtegste Faktore fir d'Produktioun vu qualitativ héichwäerteg Nanokomposite wéi Epoxy-Miel ass.
Probe vu pure BMIM-PF6 (lénks) an ultraschall preparéiert Ionanofluid bei 2% wt. (riets).
(Studie a Biller: ©Alizadeh et al., 2018)
High-Performance Sonicators fir Graphene Nanoplatelet Veraarbechtung
Hielscher Ultrasonics ass de Maart Leader wann et ëm High-Performance Ultrasonicators fir Nanomaterialveraarbechtung kënnt. Hielscher Sonde-Typ Sonicatoren ginn weltwäit an Laboratoiren an industriellen Astellunge fir verschidden Uwendungen benotzt, dorënner d'Veraarbechtung vu Graphen Nanoplatelets.
State-of-the-art Technologie, Däitsch Handwierk an Ingenieur wéi och laang Zäit technesch Erfahrung maachen Hielscher Ultrasonics Äre Lieblingspartner fir erfollegräich Ultraschallapplikatioun.
- héich Effizienz
- State-of-the-art Technologie
- Zouverlässegkeet & Robustitéit
- justierbar, präzis Prozess Kontroll
- ze packen & an der Schlaang
- fir all Volume
- intelligent Software
- Smart Features (zB programméierbar, Dateprotokolléierung, Fernsteierung)
- Einfach a sécher ze bedreiwen
- niddreg Wartung
- CIP (propper op der Plaz)
Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit Made in Germany
Hielscher Ultraschaller si bekannt fir hir héchst Qualitéit an Designnormen. Robustheet an einfach Operatioun erlaben déi glat Integratioun vun eisen Ultraschaller an industriellen Ariichtungen. Rau Konditiounen an erfuerderlech Ëmfeld ginn einfach vun Hielscher Ultraschaller gehandhabt.
Hielscher Ultrasonics ass eng ISO zertifizéiert Firma a setzt spezielle Wäert op High-Performance Ultrasonicatoren mat modernste Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn Hielscher Ultraschaller CE konform an entspriechen d'Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.
D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall:
| Konte gefouert QShortcut | Duerchflossrate | recommandéiert Comments |
|---|---|---|
| 0.5 an 1,5mL | na | VialTweeter | 1 bis 500mL | 10 bis 200mL / min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL / min | UP200Ht, An UP400St |
| 0.1 bis 20L | 0.2 bis 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 l | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 bis 100L / min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall-Homogeniséierer fir Uwendungen, Dispersioun, Emulgatioun an Extraktioun am Labo, Pilot an industrieller Skala ze vermëschen.
Literatur / Referenzen
- Ghanem, A.F.; Abdel Rehim, M.H. (2018): Assisted Tip Sonication Approach for Graphene Synthesis in Aqueous Dispersion. Biomedicines 6, 63; 2018.
- Zainal, Nurfarahin; Arifin, Hanis; Zardasti, Libriati; Yahaya, Nordin; Lim, Kar Sing; Lai, Jian; Noor, Norhazilan (2018): Tensile Properties of Epoxy Grout Incorporating Graphene Nanoplatelets for Pipeline Repair. MATEC Web of Conferences, 2018.
- Ferit Cakir, Habib Uysal, Volkan Acar (2016): Experimental modal analysis of masonry arches strengthened with graphene nanoplatelets reinforced prepreg composites. Measurement, Volume 90, 2016. 233-241.
- Jalal Alizadeh, Mostafa Keshavarz Moraveji (2018): An experimental evaluation on thermophysical properties of functionalized graphene nanoplatelets ionanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 98, 2018. 31-40.
- Ilias Κ. Tragazikis, Konstantinos G. Dassios, Panagiota T. Dalla, Dimitrios A. Exarchos (2019): Theodore E. Matikas (2019): Acoustic emission investigation of the effect of graphene on the fracture behavior of cement mortars. Engineering Fracture Mechanics, Volume 210, 2019. 444-451.
- Matta, S.; Rizzi, L.G.; Frache, A. (2021): PET Foams Surface Treated with Graphene Nanoplatelets: Evaluation of Thermal Resistance and Flame Retardancy. Polymers 2021, 13, 501.
Fakten Wësse wat weess
Graphene Sheets vs Graphene Nanoplatelets
Béid, graphene Blieder a graphene Nanoplatelets si graphite-ofgeleet Nanostrukturen. D'Tabell hei drënner beliicht déi prominent Differenzen tëscht Graphenplacke a Graphen Nanoplatelets.
| Differenzéierung | graphene Blieder | Graphene Nanoplatelets |
|---|---|---|
| Struktur | Graphenplacke sinn typesch eenzeg Schichten vu Graphen mat enger zweedimensionaler Struktur. Si kënne ganz grouss a kontinuéierlech sinn, iwwer makroskopesch Gebidder ausdehnen. | Graphene Nanoplatelets si méi kleng a méi déck am Verglach mat eenzelne Graphenplacke. Si besteet aus multiple Schichten vu Graphen, déi openee gestapelt sinn, a bilden plateletähnleche Strukturen. D'Zuel vun de Schichten an engem Nanoplatelet ka variéieren, awer et ass typesch am Beräich vun e puer bis e puer Dutzend Schichten |
| Dicke | Dëst sinn eenzel-Schicht graphene Strukturen, sou si extrem dënn, typesch just een Atom décke. | Dës si méi déck wéi eenzel-Schicht graphene Blieder well se aus multiple graphene Schichten zesumme gestapelt besteet. D'Dicke vu graphene Nanoplatelets hänkt vun der Unzuel vun de Schichten of, déi se enthalen. |
| Eegeschaften | Eenschichte Graphenplacke hunn aussergewéinlech Eegeschaften, sou wéi héich elektresch Konduktivitéit, thermesch Konduktivitéit a mechanesch Kraaft. Si weisen och eenzegaarteg elektronesch Eegeschaften, wéi Quanteschutzeffekter. | Graphene Nanoplatelets behalen e puer vun den exzellenten Eegeschafte vu Graphen, sou wéi héich elektresch an thermesch Konduktivitéit, awer si kënnen net sou aussergewéinlech sinn wéi Single-Layer Graphen an dësen Aspekter wéinst der Präsenz vu verschidde Schichten. Wéi och ëmmer, si bidden ëmmer nach Virdeeler iwwer traditionell Kuelestoffmaterialien. |
| Applikatiounen | Single-Layer graphene Blieder hunn eng breet Palette vu potenziellen Uwendungen, dorënner an Elektronik, Nanocomposites, Sensoren, a méi. Si ginn dacks fir hir aussergewéinlech elektronesch Eegeschafte benotzt. | Graphene Nanoplatelets ginn a verschiddenen Uwendungen benotzt, wéi Verstäerkungsmaterialien a Kompositen, Schmiermëttel, Energiespeichergeräter, an als Additive fir d'Eegeschafte vun anere Materialien ze verbesseren. Hir méi déck Struktur mécht se méi einfach a bestëmmte Matrizen ze verdeelen am Verglach zum Eenschicht-Graphen. |
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall Homogeniséierer aus Labo ze industriell Gréisst.