Ultraschalldispersioun vu Grafen

Fir Grafen a Kompositmaterialien anzebannen, ass et entscheedend, de Grafen a Form vun eenzelen Nanoblat gläichméisseg an der ganzer Formuléierung ze dispergéieren oder ze exfoliéieren. Wat de Grafen méi grëndlech deagglomeréiert gëtt, wat seng aussergewéinlech Materialeegenschafte besser kënne genotzt ginn. D’Ultraschalldispersioun bitt eng iwwerleeë Partikelverdeelung an Dispersiounsstabilitéit, och bei héije Konzentratiounen a Viskositéiten. Dës Method liwwert eng aussergewéinlech Dispersiounsqualitéit, déi konventionell Mëschtechnike bei Wäitem iwwertrëfft.

Ultraschalldispersioun vu Grafen

Fir Kompositmaterialien déi aussergewéinlech Eegenschafte vu Grafen ze ginn, wéi seng Festegkeet, muss de Grafen gläichméisseg an enger Matrix dispergéiert oder als Dënnschichtbeschichtung op e Substrat opgedroe ginn. Zu de wichtege Faktoren, déi déi resultéierend Materialeegenschafte beaflossen, gehéieren d’Agglomeratioun, d’Sedimentatioun an d’Dispersioun an der Matrix oder d’Partikelverdeelung um Substrat.
Wéinst dem hydrophobe Charakter vu Grafen ass et usprochsvoll, eng stabil an héich konzentréiert Dispersioun ouni Tensiden oder Dispergéiermëttelen hierzestellen. Fir d’Van-der-Waals-Kräften ze iwwerwannen, si staark Schéierkräften néideg, déi duerch Ultraschallkavitatioun effektiv erzeugt kënne ginn. Dës Method ass déi technesch fortgeschrattst fir stabil Dispersiounen hierzestellen.

MultiSonoReactor MSR-5 mat 5x 4kW Sonikatore fir d'Veraarbechtung vu Graphen mat héijem Duerchsaz

Industriell Ultraschallapparater fir d’Dispersioun vu Grafen mat héijem Duerchsaz.

Léiert, wéi Dir héichwäertegt eenlagegt Graphen duerch Ultraschallexfoliatioun mat leeschtungsstaarke Sondenultraschallapparater hierstelle kënnt. D'Ultraschallbehandlung ass eng einfach, effizient a skaléierbar Method fir d'Hierstellung vu Graphendispersioune mat héijen Ausbezuelen an exzellenter Qualitéit vun de Graphenblieder.

Mat engem Ultraschalldispergator, wéi dem 2kW Ultraschallapparat UIP2000hdT, dem 4kW Ultraschallapparat UIP4000hdT, dem 6kW Ultraschallapparat UIP6000hdT oder dem 16kW Ultraschallapparat UIP16000hdT, léisst sech Grafen mat héijer elektrescher Leetfäegkeet (712 S·m-1), gudder Dispersitéit an héijer Konzentratioun einfach hierstellen. D’Ultraschallbehandlung erméiglecht och d’Hierstellung vun enger stabiler Grafendispersioun bei enger niddreger Prozesstemperatur vun ongeféier 65°C.

Weider Informatiounen an technesch Detailer iwwer industriell Sondenultraschallapparater vun Hielscher fir d’Exfoliatioun an d’Dispersioun vu Grafen fannt Dir hei:

All Ultraschallapparater vun Hielscher erméiglechen eng präzis Kontroll vun alle wichtege Prozessparameteren. D’Ultraschalldispersiounstechnologie verhënnert Schied un de cheemeschen a kristalline Strukture vu Grafen – doduerch entstinn onbeschiedegt, defektfräi Grafenflacken.
Déi leeschtungsstaark Ultraschallapparater vun Hielscher kënne Grafen a Graphit a grousse Volumme verschaffen, z. B. fir d’Exfoliatioun an der Flëssegphas an d’Dispersioun vu Grafen. Déi exakt Kontroll vun de Prozessparameteren erméiglecht eng nahtlos Skaléierung vun Ultraschallprozesser vun Dëschapparater bis zur voll kommerzieller Produktioun.
Duerch Ultraschall exfoliéierte Grafen mat wéinege Schichten, ongeféier 3–4 Schichten an enger Gréisst vun ongeféier 1μm, ka bei Konzentratioune vun op d’mannst 63 mg/mL (nees) dispergéiert ginn.

Graphen-Nanoplättche kënnen duerch Ultraschallveraarbechtung erfollegräich synthetiséiert an dispergéiert ginn.

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

Virdeeler:

Grafen mat héijer Qualitéit
héijen Duerchsaz / héich Ausbezuelen
gläichméisseg Dispersioun
héich Konzentratioun
héich Viskositéiten
séiere Prozess
niddreg Käschten
héich effizient
ëmweltfrëndlech

Leeschtungsstaarkt Ultraschalldispergéiersystem (7x UIP1000hdT) fir Graphen am industrielle Moossstaf ze verschaffen. (Klickt fir ze vergréisseren!)

7kW Ultraschallreaktor fir Grafendispersiounen

Ultraschallhomogenisatoren an Dispergator fir Grafen

Hielscher Ultrasonics bitt Héichleeschtungsultraschallsystemer fir Grafen a Grafit mat ville Schichten ze exfoliéieren an zu Grafen mat enger, zwou oder wéinege Schichten ze dispergéieren. Hir zouverlässeg Ultraschallprozessoren a fortgeschratt Reaktere liwweren déi néideg Leeschtung a präzis Kontroll, fir spezifesch Prozessziler z’erreechen.

Ee vun de wesentlechste Prozessparameteren ass d’Ultraschallamplitud, déi der Schwéngungsauslenkung un der Sonotrod entsprécht. D’industriell Ultraschallapparater vun Hielscher si fir ganz héich Amplituden ausgeluecht, mat engem Dauerbetrib bei bis zu 200µm. Fir nach méi héich Amplitude si personaliséiert Ultraschallsonde verfügbar. D’Prozessparametere vun allen Hielscher-Sonikatore kënne präzis un déi erfuerderlech Prozessbedéngungen ugepasst an iwwer déi integréiert Software iwwerwaacht ginn, wat eng héich Zouverlässegkeet, eng konstant Qualitéit a reproduzéierbar Resultater garantéiert. Déi robust Konstruktioun vun den Hielscher-Sonikatoren ass fir de 24/7-Betrib an usprochsvollen Ëmfeld ausgeluecht, wat d’Ultraschallbehandlung zur bevorzugter Technologie fir d’Groussproduktioun vu Grafen-Nanoblieder mat enger oder wéinege Schichte mécht.

Hielscher bitt eng breet Gamme vun Ultraschallapparater an Accessoiren, dorënner Sonotroden a Reaktere mat verschiddene Gréissten a Geometrien. Dëst erméiglecht et, optimal Reaktiounsbedéngungen a Facteuren, wéi Reagenzien, Ultraschallenergieasaz pro Volumen, Drock, Temperatur a Volumenduerchfloss, auszewielen, fir déi héchst Qualitéit z’erreechen. Hir Ultraschallreaktere kënne mat engem Drock vu bis zu e puer honnert barg bedriwwe ginn, wouduerch d’Ultraschallbehandlung vun héichviskose Paste méiglech gëtt (bis zu 250.000 Zentipoise).

Dës Méiglechkeete maachen d’Delaminatioun, d’Exfoliatioun an d’Dispergéiere mat Ultraschall de konventionelle Schleif- a Mueltechniken iwwerleeën.

Déi bescht Sonikatore gi vun Hielscher Ultrasonics hiergestallt. Si zeechne sech duerch Leeschtung, modernst Technologie an Zouverlässegkeet aus.

Hielscher-Sonikatore sinn déi technesch raffinéiertst Ultraschallhomogenisatoren um Maart. Profitéiert vun de ville Virdeeler, déi Hielscher-Sonikatore bidden!

D'Exfoliatioun vu Graphit mam Sonden-Sonikator UP100H huet reng Graphen-Nanoplättcher erginn

Grafik, déi d’Ultraschallsynthes vu Grafen-Nanoplättche mam Sonikator UP100H weist
(Etüd a Grafik: Ghanem and Rehim, 2018)

Hielscher-Sonikatore fir Grafen:

Ultraschall mat héijer Leeschtung
héich Schéierkräften
héich Dréck uwendbar
präzis Kontroll
nahtlos Skaléierbarkeet (linear)
Chargen- an Duerchflossbetrib
reproduzéierbar Resultater
Zouverlässegkeet
Robustheet
héich Energieeffizienz

Wëssenswäert Fakten

Wat ass Grafen?

Grafen ass eng Kuelestoffschicht mat enger Déckt vun engem Atom, déi als Struktur vu Grafen mat enger eenzeger Schicht oder als 2D-Struktur beschriwwe ka ginn (Grafen mat enger eenzeger Schicht = SLG). Grafen huet eng aussergewéinlech grouss spezifesch Uewerfläch an iwwerleeë mechanesch Eegenschaften (e Young-Modul vun 1 TPa an eng intrinsesch Festegkeet vun 130 GPa), bitt eng héich elektresch a thermesch Leetfäegkeet, Ladungsdréiermobilitéit an Transparenz an ass fir Gase permeabel. Wéinst dëse Materialeegenschafte gëtt Grafen als verstäerkenden Zousaz benotzt, fir Kompositmaterialie seng Festegkeet, Leetfäegkeet asw. ze ginn. Fir d’Eegenschafte vu Grafen mat anere Materialien ze kombinéieren, muss Grafen an d’Mëschung dispergéiert ginn oder gëtt als dënn Beschichtung op e Substrat opgedroen.
Zu de gebräichleche Léisungsmëttelen, déi dacks als flësseg Phas fir d’Dispergéiere vu Grafen-Nanoblieder benotzt ginn, gehéieren Dimethylsulfoxid (DMSO) , N,N-Dimethylformamid (DMF), N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Tetramethylharnstoff (TMU, Tetrahydrofuran (THF), propylene carbonateacetone (PC), Ethanol a Formamid.

Kann Grafen a Waasser dispergéiert ginn?

Jo, Grafen ka mat Hëllef vun Tensiden, Polymeren oder anere Stabiliséierungsmëttelen a Waasser dispergéiert ginn, fir d’Aggregatioun ze verhënneren an d’Stabilitéit vun der Dispersioun z’erhalen. Zouverlässeg Dispergéierapparater, wéi Sonikatore mat Sond, spillen och eng entscheedend Roll bei der Dispersioun vu Grafen, andeems si Ultraschallenergie benotzen, fir Agglomerater opzebriechen an d’Gréisst vun de Grafenpartikelen ze reduzéieren, wat eng méi gläichméisseg a stabil Dispersioun am flëssege Medium fërdert.

Kann sech Grafenoxid a Waasser opléisen?

Jo, Grafenoxid ka sech a Waasser opléisen, well et funktionell Gruppe mat Sauerstoff enthält, déi seng Hydrophilie erhéijen an et him erméiglechen, stabil wässerlech Dispersiounen ze bilden.

Wat ass dat bescht Léisungsmëttel fir Graphen ze dispergéieren?

Dat bescht Léisungsmëttel fir Graphen ze dispergéieren ass N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) wéinst senger héijer Polaritéit a senger Fäegkeet, Graphenblieder ze stabiliséieren, wouduerch eng eenheetlech a stabil Dispersioun entsteet.

Firwat ass Graphen net am Waasser léislech?

Graphen ass net am Waasser léislech, well et keng funktionell Gruppen huet, déi mat Waassermoleküllen interagéiere kënnen, wouduerch et hydrophob ass a wéinst de staarke Van-der-Waals-Kräften tëscht de Graphenblieder zur Aggregatioun tendéiert.

Firwat gëtt Graphen a Kompositmaterialie benotzt?

Graphen ass mat enger Déckt vun engem Atom dat dënnst, mat engem Gewiicht vun ongeféier 0,77 mg pro 1m² dat liichst, a mat enger Zuchsteifegkeet vun 150.000.000 psi (100–300 Mol méi staark wéi Stol) an enger Zuchfestegkeet vun 130.000.000.000 Pascal dat stäerkst bekannt Material.
Ausserdeem ass Graphen dee beschte Wäermtleeder (bei Raumtemperatur mat (4,84±0,44) × 10³ bis (5,30±0,48) × 10³ W·m^-11·K^-1) an dee beschten elektresche Leeder (Elektronemobilitéit méi héich wéi 15.000 cm²·V^-1·s^-1).
Eng aner wichteg Eegenschaft vu Graphen ass seng optesch Eegenschaft mat enger Liichtabsorptioun vu πα≈2,3% vum wäisse Liicht a sengem transparenten Ausgesinn.
Duerch d’Abrénge vu Graphen a Matricë kënnen dës aussergewéinlech Materialeegenschaften op dat entstoend Kompositmaterial iwwerdroe ginn, dat eenzegaarteg Funktionalitéite bitt. Esou mat Graphen verstäerkt Kompositmaterialie bidden nei Méiglechkeete fir d’Materialentwécklung an industriell Uwendungen. Wéinst hiren Eegenschafte si Graphen a Graphenkompositmaterialie scho wäit verbreet bei der Hierstellung vu leeschtungsstaarke Batterien, Superkondensatoren, leetfäegen Tënten, Beschichtungen, Photovoltaiksystemer an elektroneschen Apparater
Hielscher Sonikatore liwweren déi néideg héich Schéierkräfte fir d’Van-der-Waals-Kräften ze iwwerwannen, fir Graphen-Nanoblieder eenheetlech a Kompositmatricen ze verdeelen. Ultraschalldispergéierer wéi den UIP2000hdT oder den UIP16000 gi benotzt, fir mat Graphen a Graphenoxid verstäerkt Nanokompositmaterialien hierzestellen.

Literatur/Referenzen

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.

Héichleeschtungsultraschall! D'Produktpalette vun Hielscher deckt dat ganzt Spektrum of, vum kompakten Ultraschallapparat fir de Labo iwwer Dëschapparater bis zu vollindustriellen Ultraschallsystemer.

Hielscher Ultrasonics stellt leeschtungsstaark Ultraschallhomogenisateure vu Labo- bis zu Industriegréisst hier.

Ultraschalldispersioun vu Grafen