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.
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)
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.