Waasserbaséiert Grafen Exfoliatioun
Ultraschall-Peeling erlaabt et e puer Schicht Grafen ze produzéieren ouni de Gebrauch vun haarde Léisungsmëttel nëmme mat rengem Waasser. Héichkraaft Sonikatioun delaminéiert Grafenplacke bannent enger kuerzer Behandlung. D'Vermeidung vu Léisungsmëttel dréit d'Grafen-Peeling an engem gréngen, nohaltege Prozess.
Grafenproduktioun iwwer Liquid Phase Exfoliation
Grafen gëtt kommerziell hiergestallt iwwer sougenannte Flëssegphaseschlaufung. Flësseg Phas Exfoliatioun vu Grafen erfuerdert d'Benotzung vu gëfteg, ëmweltschiedlech an deier Léisungsmëttel, déi als chemesch Virbehandlung oder a Kombinatioun zu / mat enger mechanescher Dispersiounstechnik benotzt gëtt. Fir mechanesch Dispersioun vun de Grafenplacke gouf Ultraschall als héich zouverléisseg, effizient a sécher Technik etabléiert fir qualitativ héich Grafenplacke a grousse Quantitéiten op vollindustrieller Niveau ze produzéieren. Well d'Benotzung vun haarde Léisungsmëttel ëmmer mat Käschte begleet ass, Kontaminatioun, komplex Entféierung an Entsuergung, Sécherheetsbedenken souwéi Ëmweltbelaaschtung, eng net-gëfteg a méi sécher Alternativ ass wesentlech avantagéis. Grafenfolie mat Waasser als Léisungsmëttel a Kraaft Ultraschall fir mechanesch Delaminéierung vu wéinege Schicht Grafenblieder ass dofir eng héich villverspriechend Technik fir eng gréng Grafenfabrikatioun.
Gemeinsam Léisungsmëttelen, déi dacks als flësseg Phas benotzt gi fir Graphen-Nano-Blieder ze verdeelen, enthalen Dimethylsulfoxid (DMSO), N, N-Dimethylformamid (DMF), N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahydrofuran (THF ), Propylenkarbonataceton (PC), Ethanol a Formamid.
Als eng scho laangfristeg etabléiert Technik fir Grafenoffoliatioun op kommerzieller Skala, Ultraschallung erméiglecht et héichqualitativ Grafen mat héijer Rengheet zu niddrege Käschten ze produzéieren. Als Ultraschall-Grafen-Exfoliatioun ka komplett linear op all Volumen skaléiert ginn, kann d'Produktiounsausbezuelung vu qualitativ héich Grafenflocken einfach fir Masseproduktioun vu Grafen ëmgesat ginn.
De UIP2000hdT ass en 2kW mächtege Ultraschall Disperger fir Grafen Ofschalung an Dispersioun.
Ultraschall Exfoliatioun vu Grafen am Waasser
Tyurnina et al. (2020) huet d'Effekter vun der Amplitude an der Opléisungsintensitéit op reng Waasser-Grafit-Léisungen an déi doraus resultéierend Grafen-Peeling ënnersicht. An der Studie hunn se en Hielscher benotzt UP200S (200W, 24kHz). Ultraschall-Peeling mat Waasser gouf als eenzege Schrëttsprozess fir wéineg Schicht Grafen Delaminatioun applizéiert. Eng kuerz Behandlung vun 2h war genuch fir e puer Schicht Grafen an engem oppene Becher-Sonikatiouns-Setup ze produzéieren.
Eng High-Speed-Sequenz (vun a bis f) vu Frames, déi sonomechanesch Peeling vun enger Grafitflock am Waasser illustréiere mat den UP200s, engem 24 kHz Ultraschall mat 3-mm Sonotrode. Pfeile weisen d'Plaz vum Trennen (Peeling) mat Kavitatiounsblosen, déi an de Spalt penetréieren.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0) Fir
Optimiséierung vun Ultraschall Grafen Exfoliatioun
Den Ultraschall-Setup benotzt vum Tyurnina et al. (2020) ka ganz einfach fir méi Effizienz a méi séier Peeling optimiséiert ginn duerch en zouenen Ultraschallreaktor am Stroummodus. Ultraschall Inlinebehandlung erlaabt eng wesentlech méi eenheetlech Ultraschallbehandlung vun all Grafit Rohmaterial: Fütterung vun der Grafit / Waasserléisung direkt an de beschränkten Raum vun Ultraschallkavitation, all Grafit gëtt uniform sonikéiert wat zu enger héijer Ausbezuelung vu qualitativ héich Grafenflocken resultéiert.
Hielscher Ultrasonics Systeme erlaben eng präzis Kontroll iwwer all wichteg Veraarbechtungsparameter wéi Amplitude, Zäit / Retentioun, Energieinput (Ws / ml), Drock an Temperatur. D'Opstelle vun den optimalen Ultraschallparameter ergëtt héchst Ausbezuelung, Qualitéit a Gesamteffizienz.
Wéi promovéiert Ultrasonikatioun Grafen Exfoliatioun
Wann Héichkraaft Ultraschallwellen an eng Schläimung vu Grafittpulver a Waasser oder all Léisungsmëttel gekoppelt ginn, sonomechanesch Kräfte wéi Héichschéier, intensiv Turbulenzen an héijen Drock an Temperaturdifferenzen kreéieren energienintensiv Bedéngungen. Dës energieintensiv Bedéngunge sinn d'Resultat vum Phänomen vun der akustescher Kavitation. Liest méi iwwer Ultraschall Kavitation hei!
De Kraaft Ultraschall initiéiert d'Erweiterung vum Grafitpulver, well Flëssegkeeten tëscht de Grafenschichten gedréckt ginn, aus deenen de Grafit komponéiert ass. D'Ultraschallscher Kräfte delaminéieren déi eenzel Blieder Grafen a verdeelen se als Grafenflocken an der Léisung. Fir laangfristeg Stabilitéit vu Grafen am Waasser ze kréien, ass e Surfactant erfuerderlech.
Mechanismus vun der Ultraschallflëssegkeet Phase Exfoliatioun vu Graphene Exfoliatioun.
Studie a Bild vum Tyurnina et al., 2021.
High-Performance Ultraschall fir Grafen Exfoliatioun
Déi intelligent Feature vun Hielscher Ultraschaller sinn entwéckelt fir zouverléisseg Operatioun, reproduzéierbar Resultater a Benotzerfrëndlechkeet ze garantéieren. Operativ Astellunge kënne ganz einfach iwwer intuitivt Menü opruffen an uruffen, déi iwwer digital Faarftouch-Display a Browser-Fernsteuerung zougänglech sinn. Dofir ginn all Veraarbechtungsbedingunge wéi Nettoenergie, total Energie, Amplitude, Zäit, Drock an Temperatur automatesch op enger agebauter SD-Kaart opgeholl. Dëst erlaabt Iech fréier Sonikatiounsleef ze iwwerschaffen an ze vergläichen an de Graphen-Peelingprozess op déi héchst Effizienz ze optimiséieren.
Hielscher Ultrasonics Systeme gi weltwäit benotzt fir d'Fabrikatioun vu qualitativ héich Grafenglacken a Grafenoxiden. Hielscher industriell Ultraschaller kënnen héich Amplituden a kontinuéierlecher Operatioun lafen (24/7/365). Amplituden vu bis zu 200 µm kënne ganz kontinuéierlech mat Standard Sonotroden generéiert ginn (Ultraschall Sonden / Horn an KascatrodenTM). Fir nach méi héich Amplituden, personaliséiert Ultraschall-Sonotrode si verfügbar. Wéinst hirer Robustheet an hirem niddregen Ënnerhalt sinn eis Ultraschall-Peelingsystemer normalerweis fir schwéier Uwendungen an a fuerderen Ëmfeld installéiert.
Hielscher Ultraschallveraarbechter fir Grafen-Peeling si scho weltwäit op kommerzieller Skala installéiert. Kontaktéiert eis elo fir Äert Grafen-Fabrikatiounsprozess ze diskutéieren! Eis gutt erfuerene Mataarbechter si frou méi Informatioun iwwer de Peelingprozess, Ultraschallsystemer a Präisser ze deelen!
D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall:
| Konte gefouert QShortcut | Duerchflossrate | recommandéiert Comments |
|---|---|---|
| 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 |
| 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
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
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.
Graphene ass eng onomatesch déck Schicht vu Kuelestoff, déi als einfach Schicht oder 2D Struktur vu Graphen bezeechent ginn. De Graphene huet eng aussergewéinlech grouss spezifesch Uewerfläch an iwwerméisseg mechanesch Eegeschafte (Young's Modul vu 1 TPa an enger Instrumenter Kraaft vun 130 GPa), e grousst elektronesch a thermesch Leedung, Mobilitéitslager, Transparenz a Gültegkeet. Wéinst dëse materialpezifesche Charakteristiken gëtt Graf bezeechent als Verstärkungsadditiv fir Compositeiten seng Kraaft, Leitung, etc. ze bilden. Fir d'Charakteristiken vum Graphen mat anere Materiale kombinéieren, muss de Graphen an d'Verbindung dispergéiert ginn oder als Dünnfilmbeschichtung applizéiert ginn op e Substrat.
Héich performant Ultraschall! Hielscher Produktpalette deckt de ganze Spektrum vum kompakten Lab Ultraschall iwwer Bank-Top Eenheeten zu vollindustriellen Ultraschall Systemer.