Ultraschall Exfoliatioun vum Waasser-dispersiblen Graphen

Mono- a Bi-Layer-Graphet Nanosheets kënnen séier iwwer Ultraschall-Peelung mat héichdurch duerchgaangen a niddrege Käschten produzéiert ginn.
Ultraschall entfollegtes Graphen kann mat Biopolymere functionaliséiert ginn, fir en aerdispergiséierte Graphen ze kréien.
Duerch Ultraschallkavitation kann de synthetiséierte Graphin weider zu enger stabiliséierter Dispersioun vun der Waasserbasis veraarbecht ginn.

Ultraschall Exfoliatioun vun héichqualitativer Grafik

Ultrasonikung ass eng verlässlech Method fir Graphen-Schichten (Mono-, Bi- a puer Schicht-Graphen) aus Grafitt Flakelen oder Partikel ze produzéieren. Während aner gemeinsam Ausfoliatiounstechniken wéi Kugel- oder Rummermëlsen oder High-Shear-Mischer mat enger gerénger Qualitéit verbonne sinn an d'Verwécklung vun agressive Reagentien a Léisungsmëttelen iwwerdréit d'Ultraschall-Peeling-Methode duerch hir héich Qualitéit, héich Prozesekapazitéit a milder Behandlungsbedingungen.
Ultraschall Kavitation et entsteet intensiv Scherr Kräften, déi d'geschapte Graphitschichten zu mono-, bi- a wéineg Schichten vun defektfreien Graphen trennen.

Waasserdispersabele Grafeschtplacke

Ënner Normal Conditiounen ass de Graphen kaum am Waasser dispergéiert a bitt aggregéiert an agglomeréiert wann se an wässerem Medium dispergéiert ginn. Well wässerlech Systeme signifikant Virdeeler sinn, onkomposibel, ongerechteg, ëmweltfrëndlech, Waasser-baséiert Graphensysteme sinn héich attraktiv fir Grafiker a vun der Downstream Industrie.
Fir Wasser-dispergéieren Grafinn Noschen z'erreechen, de Ultraschallofplottéierte Graph ze modifizéiert mat Polysacchariden / Biopolymere wéi Pullulan, Chitosan, Alginat, Gelatine oder Mëllech Arabesch.

Virdeeler:

Graphen Exesolie mat Ultraschall-Dispergator UP400St

qualitativ héichwäerteg Grafescht
Héichgaang
Dispersioun vun der Waasserbasis
grouss Konzentratioun
héich Effizienz
schnelle Prozess
Käschtegënschteg
héich Duerchbesserung
ëmweltfrëndlech sinn

7kW Ultraschall-Dispergatiounssystem fir Inline-Graphen Produktioun (Klickt fir ze vergréisseren)

Ultraschall System fir Graphen Exposatioun

Protokoll vu direkten Exfoliatioun vu Graphit

Net-ionesch Pullulan an anionesche Alginat (1,0 g) goufen separat bei 20 ml destilléiert Waasser (DI) opgeléist, woubäi kationesch Chitosan (0,4 g) zu 20 ml DI bei 1 Gew .-% Essigsäure geläscht gouf. Grafitpulver gouf an d'wässréis Biopolymer-Léisungsstreperen dispergéiert a behandelt mat engem Ultraschallprozesser UP200S (maximal Energie 200 W, Frequenz 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Däitschland) ausgeriicht mat engem Kegelfrustum Titan Sonotrode (Modell Mikrospitze S3, Spëtzdurchmesser 3 mm, maximal Amplitude 210μm, akustesch Stroumdichte oder Uewerflächstärke 460 W cm^-2) ënner den folgenden Konditioune: 0,5 Zyklus an 50% Amplitude, fir eng Period 10, 20, 30 an 60 min. Bescht Resultater goufen bei 30min Sonikatioun kritt. D'Sonikatioun gouf op d'Kraaft vun 16,25 W fir 30 Minutten applizéiert mat Energieverbrauch (Energieausgang pro Unit Volume) vu 731 Ws ml^-1.
Duerno goufen Gemëschunge bei 1500 U / min fir 60 Minutten zerstéiert fir onregelméisseg Graphit-Partikelen ze bidden an dann 5 mol ze wäschen a nees op 5000 U / Min. Fir 20 min ze zersetzen fir üblech Biopolymere ze entfernen. Déi entstinn donkelgrau Léisungen goufen bei 40 ° C Vakuumtrock gedrockt bis no Masseverlagerungen. Déi entstinn Polymer-Graphenpuide goufen an d'Waasser (1 mg ml erneut dispergéiert^-1 fir Pullulan a Chitosan; 0,18 mg ml^-1 fir Alginat) fir Charakteriséierung. D'Grafplacke vu Pullulan-, Alginat- a Chitosan-assistéierte Ultraschall goufen als Pëllen-G, Alg-G a Chit-G bezeechent.
Aus dräi Systeme goufen Pullulan a Chitosan méi effektiv bei der Peelung vum Grafitt als Alginat. Dës Methode huet erfeelt Mono-, Bi- a Lëpsen Layoutplatine mat nëmmen nidderleche Mounddefekte. D'Adsorptioun vu Biopolymere op der Graphinfläsch ass eng laang dauerhaft Stabilitéit (méi wéi 6 Méint) vun der wäisser Dispersioun.
(Unalan et al 2015)

Ultraschall Exfoliatioun vu Waasser-dispergéieren Grafinn Nanoschef (Unalan et al. 2015)

TEM-Biller vun Pull-G fir: (a) 10 min; (b) 20 min; (c) 30 min; (d) 60 min; (e) chit-G fir 30 min; (f) alg-G fir 30 min. (Unalan et al 2015)

Ultraschallsystemer

Hielscher High-Power Ultraschall Prozessoren ginn weltwäit fir den Erfolleg Exfoliatioun a Dispersioun vu Graphit a Graphin. Eis Ultraschall-Dispergers sinn aus Labo a Bank bis zu volle Industrieproduktioune. Nieft Robustheet, 24/7 Operatioun a geringer Instandhalung, Hielscher Ultraschaller iwwerzeegen iwwerhëlt d'Veraarbechtung a linear Skalierbarkeet.
Prozesser kënnen einfach an de Labo getest an optiméiert ginn. Duerno kënnen all Prozessresultater komplett linear fir de wirtschaftleche Produktiounsniveau sinn. Dëst erlaabt d'Ukënnegung eng efficace a effizient Produktiounsmethod fir den héije Volume vu qualitativ héichwäerteg Grafesche Blätter.
Hielscher Ultrasonics’ industrielle Ultraschallveraarbechter kënnen extrem Amplituden ubidden. Amplituden vun bis zu 200μm kënne ganz einfach an 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héije Amplituden sinn individuell Ultraschall Sonotroden méiglech. Matière Ultraschallreaktoren garantéieren d'Fähigkeit vun der zouverléisseg a sécherer Masseverbechtung vu qualitativ héichwäerte graphesche Nanoschen.

Hielscher Ultraschall-Häerzer Homogeniséierer sinn fir all Prozessprozessioun verfügbar – vum Labo un der Produktioun.

De Robuste vun der Hielscher Ultraschall-Ausrüstung erméiglecht fir 24/7 Operatioun bei schwéieren Droge an an exigenten Ëmfeld.
D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall:

Konte gefouert QShortcut	Duerchflossrate	recommandéiert Comments
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	UIP4000
na	10 bis 100L / min	UIP16000
na	méi grouss	Stärekoup vun UIP16000

Literatur / nëmmen

Unalan IU, Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assistéiert séier Ofschëppung vu Grafittplättchen an héichqualitativ waasserdispergerbar Grafenplacke. RSC Fortschrëtter 5, 2015. 26482–26490.

Fakten Wësse wat weess

Grafeschen

Graphene ass e Monoalbum vun sp²-bondéiert Kohlenstoffatomen. Grafene proposéiert un eenzegaarteg Materialseigenschaften wéi eng aussergewéinlech grouss spezifesch Uewerfläch (2620 m²g^-1), béid mechanesch Eegeschafte mat engem Young's Modul vun 1 TPa an enger Intrinsikstärke vun 130 GPa, eng extrem héich Elektronikleit (Zilertemperaturelektrounmobilitéit vun 2,5 × 105 cm² V^-1s^-1), ganz héich Wärmelefektivitéit (iwwer 3000 W m K^-1), déi wichtegst Eegeschaften ze notéieren. Wéinst senge beschtméigleche Materialeigenschaften gëtt Graphoen stark an der Entwécklung an der Produktioun vu High-Performance-Batterien, Brennstoffzellen, Solarzellen, Superkapacitor, Waasserstoff, elektromagnetesch Schëden an elektroneschen Apparaten benotzt. De Graphen gëtt och an vill Nanocompositen a Composite-Materialien als Verstärkungsadditiv ubelaangt, zB an Polymere, Keramik a Metall Matrizen. Wéinst senger héicher Leitung ass d'Graphen e wichtege Bestanddeel vun elektresch Lacken a Tinten.
Déi séier a sécher Ultraschallpräparatioun vu fehlerfreien Graphen bei grousser Mëllechkäschte bei niddrege Käschten erméiglecht d'Erweiderung vun den Applikatiounen vum Graphesche fir méi an méi Industrien.