Ultrasonic Dispersioun vu Graphene
Fir Graphen a Kompositen z'integréieren, ass et essentiell fir de Graphen an eenzel Nano-Blieder gläichméisseg duerch d'Formuléierung ze verdeelen oder ze exfoliéieren. Wat méi grëndlech de Graphen deagglomeréiert ass, wat besser seng aussergewéinlech Materialeigenschaften kënne genotzt ginn. Ultrasonic Dispersioun bitt eng super Partikelverdeelung an Dispersiounsstabilitéit, och bei héijen Konzentratioune a Viskositéiten. Dës Method bitt aussergewéinlech Dispersiounsqualitéit, wäit iwwerschreidend konventionell Mëschungstechniken.
Ultrasonic Dispersioun vu Graphene
Fir Kompositen mat den aussergewéinleche Charakteristike vu Graphen z'erreechen, sou wéi seng Kraaft, muss Graphen gläichméisseg an eng Matrix verdeelt ginn oder als Dënnfilmbeschichtung op e Substrat applizéiert ginn. Schlësselfaktoren, déi déi resultéierend Materialeigenschaften beaflossen, enthalen Agglomeratioun, Sedimentatioun, an d'Dispersioun bannent der Matrix oder Partikelverdeelung um Substrat.
Wéinst der hydrophoben Natur vu Graphen ass eng stabil an héich konzentréiert Dispersioun ouni Surfaktanten oder Dispergéierungsmëttel Erausfuerderung. Van der Waals Kräften iwwerwannen erfuerdert staark Schéierkräften, déi effektiv duerch Ultraschallkavitatioun generéiert kënne ginn. Dës Method ass déi raffinéiert fir stabil Dispersiounen ze preparéieren.
Industriell Sonikatoren fir d'High-Throughput Dispersioun vu Graphen.
Méi Informatioun an technesch Detailer iwwer Hielscher industriell Sonde-Typ Sonicatoren fir graphene Exfoliatioun an Dispersioun kënnen hei fonnt ginn:
- UIP1000hdT (1000 Watt Power Ultraschall)
- UIP2000hdT (2000 Watt Power Ultraschall)
- UIP4000hdT (4000 Watt Power Ultraschall)
- UIP6000hdT (6000 Watt Power Ultraschall)
- UIP16000hdT (16.000 Watt Power Ultraschall)
All Hielscher Sonicatoren erlaben déi präzis Kontroll iwwer all wichteg Prozessparameter, d'Ultraschall-Dispersiounstechnologie vermeit Schied un de chemeschen a Kristallstrukturen vu Graphen – doraus zu pristine, defekt-gratis graphene Flakelen.
Hielscher mächteg Ultraschaller si fäeg Graphen a Grafit a grousse Volumen ze verarbeiten, zB fir Flëssegphase Exfoliatioun a Graphendispersioun. Déi exakt Kontroll iwwer d'Prozessparameter erlaaben d'nahtlos Skala vun Ultraschallprozesser vu Bank-Top bis voll kommerziell Produktioun.
Ultraschall peeling puer-Schicht graphene mat ca. 3-4 Schichten an eng ca. D'Gréisst vun 1μm ka bei Konzentratioune vu mindestens 63 mg/ml (nei) dispergéiert ginn.
SEM Biller vu graphene Nanoplatelets bei (b) X3000 an (c) X8000
(Studie a Biller: ©Alizadeh et al., 2018)
- héich Qualitéit graphene
- héich Débit / héich nozeginn
- eenheetlech Dispersioun
- héich Konzentratioun
- héich Viskositéiten
- séiere Prozess
- Käschtegënschteg
- Héich Effizienz
- ëmweltfrëndlech
7kW Ultraschallreaktor fir Graphendispersiounen
Ultrasonic Homogenisatoren an Disperser fir Graphene
Hielscher Ultrasonics liwwert High-Power Ultrasonic Systemer fir d'Exfoliatioun an d'Verbreedung vu bulk-Layered graphene a graphite a mono-, bi-, a puer-layered graphene. Hir zouverléisseg Ultraschallprozessoren a fortgeschratt Reaktoren liwweren déi néideg Kraaft a präzis Kontroll fir spezifesch Prozessziler z'erreechen.
Ee vun de wesentlechste Prozessparameter ass d'Ultraschallamplitude, dat ass d'Vibratiounsverschiebung am Ultraschallhorn. Hielscher industriell Ultraschaller sinn entwéckelt fir ganz héich Amplituden ze liwweren, mat kontinuéierlecher Operatioun op bis zu 200µm. Fir nach méi héich Amplituden sinn personaliséiert Ultraschallsonden verfügbar. D'Prozessparameter vun all Hielscher Sonicatoren kënnen präzis un déi erfuerderlech Prozessbedéngungen ugepasst ginn an iwwer agebauter Software iwwerwaacht ginn, fir eng héich Zouverlässegkeet, konsequent Qualitéit a reproduzéierbar Resultater ze garantéieren. De robusten Design vun Hielscher-Sonicatoren ass fir 24/7 Operatioun an erfuerderlechen Ëmfeld gebaut, sou datt d'Sonicatioun déi bevorzugt Technologie fir grouss Skala Produktioun vu Mono- a wéineg-Schichte Graphen Nanosheets mécht.
Hielscher bitt eng breet Palette vun Ultraschaller an Accessoiren, dorënner Sonotroden a Reaktoren vu verschiddene Gréissten a Geometrien. Dëst erlaabt d'Auswiel vun optimale Reaktiounsbedéngungen a Faktoren, wéi Reagenz, Ultraschallenergie-Input pro Volumen, Drock, Temperatur a Flowrate, fir déi héchst Qualitéit z'erreechen. Hir Ultraschallreaktoren kënne bis zu e puer honnert Barg ënner Drock gesat ginn, wat d'Sonicatioun vun héichviskos Paste (bis zu 250.000 Centipoise) machbar mécht.
Dës Fäegkeeten maachen d'Ultraschall Delaminatioun, Exfoliatioun an Dispergéierung besser wéi konventionell Schleif- a Frästechniken.
Hielscher Sonicators sinn déi raffinéiert Ultraschallhomogenisatoren um Maart. Profitéiert vun de ville Virdeeler déi mat Hielscher Sonicatoren kommen!
Grafik visualiséiert d'Ultraschallsynthese vu Graphen Nanoplatelets mam Sonicator UP100H
(Studie a Grafik: Ghanem a Rehim, 2018)
Hielscher Sonicators for Graphene:
- héich Muecht Ultraschall
- héich Schéier Kräften
- héich Drock applicabel
- präzis Kontroll
- nahtlos Skalierbarkeet (linear)
- Batch a Flux duerch
- reproducible Resultater
- Zouverlässegkeet
- Robustheet
- héich Energieeffizienz
Fakten Worth Wëssen
Wat ass Graphene?
Graphene ass eng een-Atom-déck Kuelestoffschicht, déi als Eenschicht- oder 2D-Struktur vu Graphen beschriwwe ka ginn (Eenschicht-Graphen = SLG). Graphene huet eng aussergewéinlech grouss spezifesch Fläch an superieure mechanesch Eegeschaften (Young's Modulus vun 1 TPa an intrinsesch Kraaft vun 130 GPa), bitt grouss elektronesch an thermesch Konduktivitéit, Ladentransporter Mobilitéit, Transparenz, an ass impermeabel fir Gasen. Wéinst dëse materielle Charakteristiken gëtt Graphen als Verstäerkungsadditiv benotzt fir Kompositen seng Kraaft, Konduktivitéit ze ginn, asw.. Fir d'Charakteristike vu Graphen mat anere Materialien ze kombinéieren, muss Graphen an d'Verbindung verspreet ginn oder als Dënnfilmbeschichtung applizéiert ginn. op e Substrat.
Gemeinsam Léisungsmëttel, déi dacks als flësseg Phase benotzt gi fir d'Graphen Nanosheeten ze verdeelen, enthalen Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylformamid (DMF), N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), Tetramethylurea (TMU, Tetrahydrofuran (THF)) , Propylenkarbonataceton (PC), Ethanol a Formamid.
Kann Graphen am Waasser verspreet ginn?
Jo, Graphen kann a Waasser dispergéiert ginn mat Surfaktanten, Polymeren oder aner Stabiliséierungsmëttel fir Aggregatioun ze vermeiden an d'Dispersiounsstabilitéit z'erhalen. Zuverlässeg Dispergéierungsausrüstung wéi Sonde-Typ Sonicatoren spillen och eng entscheedend Roll bei der Graphen-Dispersioun andeems Dir Ultraschallenergie benotzt fir Agglomeraten opzebriechen an d'Gréisst vun de Graphenpartikelen ze reduzéieren, fir eng méi eenheetlech a stabil Dispersioun am flëssege Medium ze förderen.
Kann Graphenoxid am Waasser opléisen?
Jo, Graphenoxid kann am Waasser opléisen wéinst senge Sauerstoffhaltege funktionnelle Gruppen, déi seng Hydrophilizitéit verbesseren an et erlaben stabil wässerlech Dispersiounen ze bilden.
Wat ass dee beschten Léisungsmëttel fir Graphen ze verdeelen?
De beschte Léisungsmëttel fir Graphen ze verdeelen ass N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) wéinst senger héijer Polaritéit a Fäegkeet fir Graphenplacke ze stabiliséieren, wat zu enger eenheetlecher a stabiler Dispersioun resultéiert.
Firwat ass Graphene onléislech am Waasser?
Graphene ass onopléisbar am Waasser well et funktionell Gruppen feelt, déi mat Waassermoleküle interagéiere kënnen, wat et hydrophob mécht an ufälleg fir Aggregatioun wéinst staarke Van der Waals Kräften tëscht Graphenplacke.
Firwat gëtt Graphene a Composites benotzt?
Graphene ass mat enger Dicke vun engem Atom am dënnsten, mat engem Gewiicht vun ca. 0,77 mg pro 1 m2 de liichtste, a mat enger tensile stiffness pa 150.000.000 psi (100-300 mol méi staark wéi Stol) an eng tensile Kraaft pa 130.000.000.000 Pascals de stäerkste Material bekannt.
Ausserdeem ass Graphen dee beschten thermesche Dirigent (bei Raumtemperatur mat (4,84±0,44) × 103 bis (5,30±0,48) × 103 W·m-11·K-1) an dee beschten elektreschen Dirigent (Elektronmobilitéit méi héich wéi 15.000 cm2·V-1·s-1).
Eng aner wichteg Charakteristike vu Graphen ass seng optesch Eegeschafte mat enger Liichtabsorptioun bei πα≈2,3% vu wäissem Liicht, a säi transparenten Erscheinungsbild.
Andeems Dir Graphen a Matrizen integréiert, kënnen déi aussergewéinlech Materialeigenschaften op de resultéierende Komposit transferéiert ginn, wat eenzegaarteg Funktionalitéiten ubitt. Esou graphene-verstäerkt Composites bidden nei Méiglechkeeten fir Material Entwécklung an industriell Uwendungen. Wéinst senge Charakteristiken, graphene a graphene-Composites si scho wäit verbreet an der Fabrikatioun vun héich-Performance Batterien, supercapacitors, konduktiv Tënt, Beschichtungen, photovoltaic Systemer an elektronesch Apparater
Hielscher Sonicatoren liwweren déi erfuerderlech héich Schéierkräfte fir van der Waals Kräften ze iwwerwannen fir graphene Nanosheets uniform a Komposit Matrixen ze verdeelen. Ultrasonic Disperger wéi den UIP2000hdT oder UIP16000 gi benotzt fir graphene- a grapheneoxid-verstäerkt Nano-Komposite ze produzéieren.
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.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren aus Labo zu industriell Gréisst.