Waasser-baséiert Graphene Exfoliatioun
Ultrasonic Peeling erlaabt Iech e puer Schicht Graphen ze produzéieren ouni d'Benotzung vu schaarfen Léisungsmëttelen nëmme mat purem Waasser. Héich-Muecht sonication delaminates graphene Blieder bannent enger kuerzer Behandlung. D'Vermeidung vu Léisungsmëttel verwandelt d'Graphen-Exfoliatioun an engem gréngen, nohaltege Prozess.
Graphene Produktioun iwwer Liquid Phase Exfoliatioun
Graphene gëtt kommerziell iwwer sougenannte Flëssegphase Peeling hiergestallt. Liquid Phase Exfoliatioun vu Graphen erfuerdert d'Benotzung vu gëftege, ëmweltschiedlechen an deier Léisungsmëttelen, déi als chemesch Virbehandlung oder a Kombinatioun mat / mat enger mechanescher Dispersiounstechnik benotzt gëtt. Fir mechanesch Dispersioun vun de Graphenplacke gouf d'Ultraschall als héich zouverléisseg, effizient a sécher Technik etabléiert fir qualitativ héichwäerteg Graphenplacke a grousse Quantitéiten op vollindustriellen Niveau ze produzéieren. Zënter d'Benotzung vu schaarfen Léisungsmëttelen ëmmer mat Käschten, Kontaminatioun, komplexer Entfernung an Entsuergung, Sécherheetsbedenken souwéi Ëmweltbelaaschtung begleet ass, ass eng net gëfteg a méi sécher Alternativ wesentlech avantagéis. Graphene Peeling mat Waasser als Léisungsmëttel a Kraaft-Ultraschall fir mechanesch Delaminatioun vu e puer Schicht-Graphenplacke ass dofir eng héichverspriechend Technik fir eng gréng Graphen-Fabrikatioun.
Gemeinsam Léisungsmëttel, déi dacks als flësseg Phase benotzt gi fir d'Graphen-Nanoblätter ze verdeelen, enthalen Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylformamid (DMF), N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahydrofuran (THF). ), Propylenkarbonataceton (PC), Ethanol a Formamid.
Als scho laangfristeg etabléiert Technik fir graphene Exfoliatioun op kommerziell Skala, Ultrasonication erlaabt héichwäerteg graphene vun héich Rengheet zu niddregen Käschten ze produzéieren. Well d'Ultraschall-Graphen-Exfoliatioun komplett linear op all Volumen skaléiert ka ginn, kann d'Produktiounsausbezuele vu qualitativ héichwäerteg Graphen-Flakelen einfach fir d'Massproduktioun vu Graphen ëmgesat ginn.
Den UIP2000hdT ass en 2kW mächtegen Ultraschall-Disperger fir graphene Peeling an Dispersioun.
Ultraschall Exfoliatioun vu Graphen am Waasser
Tyurnina et al. (2020) ënnersicht d'Effekter vun der Amplitude an der Sonikatiounsintensitéit op pure Waasser-Grafit-Léisungen an déi resultéierend Graphen-Exfoliatioun. An der Studie hunn se en Hielscher UP200S (200W, 24kHz) benotzt. Ultrasonic Peeling mat Waasser gouf als eenzeg Schrëtt Prozess fir e puer Schicht Graphen Delaminatioun applizéiert. Eng kuerz Behandlung vun 2h war genuch fir e puer Schicht-Graphen an engem oppene Becher-Sonication-Setup ze produzéieren.
Eng Héichgeschwindeg Sequenz (vun a bis f) vu Frames, déi sono-mechanesch Peeling vun enger Grafitflacke am Waasser illustréieren benotzt den UP200s, en 24 kHz Ultraschall mat 3-mm Sonotrode. Pfeile weisen d'Plaz vun der Spaltung (Exfoliatioun) mat Kavitatiounsblasen, déi d'Spalt penetréieren.
© Tyurnina et al., 2020
Optimisatioun vun Ultraschall Graphene Exfoliatioun
Den Ultraschall-Setup benotzt vun Tyurnina et al. (2020) kënne ganz einfach optimiséiert ginn fir méi Effizienz a méi séier Peeling andeems en zouenen Ultraschallreaktor am Flow-Through-Modus benotzt. Ultraschall Inline Behandlung erlaabt eng wesentlech méi eenheetlech Ultraschallbehandlung vun all Graphit Rohmaterial: d'Graphit / Waasserléisung direkt an de begrenzte Raum vun der Ultraschallkavitatioun fidderen, all Graphit gëtt eenheetlech sonicéiert, wat zu enger héijer Ausbezuelung vu qualitativ héichwäerteg Graphenflakken resultéiert.
Hielscher Ultrasonics Systemer erlaben präzis Kontroll iwwer all wichteg Veraarbechtungsparameter wéi Amplituden, Zäit / Retentioun, Energieinput (Ws / ml), Drock an Temperatur. D'Astellung vun den optimalen Ultraschallparameter resultéiert am héchste Rendement, Qualitéit an allgemeng Effizienz.
Wéi fördert Ultraschall d'Graphene Peeling
Wann Héichkraaft-Ultraschallwellen an eng Schlamm vu Graphitpulver a Waasser oder all Léisungsmëttel gekoppelt sinn, sonomechanesch Kräfte wéi Héichschéier, intensiv Turbulenzen an Héichdrock- an Temperaturdifferenzen entstoen energesch intensiv Konditiounen. Dës energie-intensiv Bedéngungen sinn d'Resultat vum Phänomen vun der akustescher Kavitatioun.
Liest méi iwwer Ultraschallkavitatioun hei!
De Kraaft-Ultraschall initiéiert d'Ausdehnung vum Grafitpulver, well Flëssegkeeten tëscht de Graphenschichten gedréckt ginn, aus deenen d'Graphit besteet. D'Ultraschallschéierkräften delaminéieren déi eenzeg Blieder vum Graphen a verdeelen se als Graphenflakken an der Léisung. Fir laangfristeg Stabilitéit vu Graphen am Waasser ze kréien, ass en Surfaktant néideg.
Mechanismus vun der Ultraschall Flëssegphase Peeling vu Graphene Peeling.
Studie a Bild vum Tyurnina et al., 2021.
High-Performance Ultrasonicators fir Graphene Exfoliatioun
Déi intelligent Feature vun Hielscher Ultraschaller sinn entwéckelt fir zouverlässeg Operatioun, reproduzéierbar Resultater a Benotzerfrëndlechkeet ze garantéieren. Operationell Astellunge kënnen einfach zougänglech a geruff ginn iwwer intuitiv Menü, déi iwwer digital Faarf Touch-Display a Browser Fernsteierung zougänglech sinn. Dofir ginn all Veraarbechtungsbedéngungen wéi Nettoenergie, Gesamtenergie, Amplitude, Zäit, Drock an Temperatur automatesch op enger agebauter SD-Kaart opgeholl. Dëst erlaabt Iech virdru Sonikatiounsläufe z'iwwerschaffen an ze vergläichen an de graphene Exfoliatiounsprozess op héchst Effizienz ze optimiséieren.
Hielscher Ultrasonics Systemer ginn weltwäit fir d'Fabrikatioun vu qualitativ héichwäerteg Graphenplacke a Graphenoxide benotzt. Hielscher industriell Ultraschaller kënnen einfach héich Amplituden a kontinuéierlecher Operatioun lafen (24/7/365). Amplituden vu bis zu 200 µm kënne ganz einfach kontinuéierlech generéiert ginn mat Standard Sonotroden (Ultraschallsonden / Horn an KaskatrodenTM). Fir nach méi héich Amplituden sinn personaliséiert Ultraschall Sonotroden verfügbar. Wéinst hirer Robustheet a gerénger Ënnerhalt sinn eis Ultraschall-Peelingsystemer allgemeng fir schwéier Pflicht Uwendungen an an usprochsvollen Ëmfeld installéiert.
Hielscher Ultraschall-Prozessoren fir Graphen-Peeling si scho weltwäit op kommerziell Skala installéiert. Kontaktéiert eis elo fir Äre Graphene Fabrikatiounsprozess ze diskutéieren! Eis gutt erfuerene Mataarbechter wäerte frou sinn méi Informatiounen iwwer den Exfoliatiounsprozess, Ultraschallsystemer a Präisser ze deelen!
Fir méi iwwer d'Ultraschall-Graphen-Synthese, Dispersioun a Funktionaliséierung ze léieren, klickt w.e.g. hei:
- Graphene Produktioun
- Graphene Nanoplatelets
- Waasser-baséiert Graphene Exfoliatioun
- Waasser-dispergéierbar Graphen
- graphene oxid
- xenes
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500 ml | 10 bis 200 ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren fir d'Vermëschung vun Uwendungen, Dispersioun, Emulsifikatioun an Extraktioun op Labo, Pilot an Industrieskala.
Literatur / Referenzen
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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 Worth Wëssen
Wat ass Graphene?
Graphene ass eng Monoschicht vu sp2- gebonnen Kuelestoffatome. Graphene bitt eenzegaarteg Material Charakteristiken wéi eng aussergewéinlech grouss spezifesch Uewerfläch (2620 m2g-1), superieure mechanesch Eegeschafte mat engem Young's Modulus vun 1 TPa an enger intrinsescher Kraaft vun 130 GPa, eng extrem héich elektronesch Konduktivitéit (Raumtemperatur Elektronen Mobilitéit vun 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), ganz héich thermesch Konduktivitéit (iwwer 3000 W mK-1), fir déi wichtegst Eegeschaften ze nennen. Wéinst senge superieure Materialeigenschaften gëtt Graphen staark an der Entwécklung an der Produktioun vun Héichleistungsbatterien, Brennstoffzellen, Solarzellen, Superkondensator, Waasserstofflagerungen, elektromagnetesche Schëlder an elektroneschen Apparater benotzt. Ausserdeem gëtt Graphen a villen Nanokompositen a Kompositmaterialien als Verstäerkungsadditiv agebaut, zB a Polymeren, Keramik a Metallmatrixen. Wéinst senger héijer Konduktivitéit ass Graphen e wichtege Bestanddeel vu konduktiven Faarwen an Tënten.
Déi séier a sécher Ultraschallpräparatioun vu defektfräie Graphen bei grousse Volumen zu niddrege Käschten erlaabt d'Applikatioune vu Graphen zu méi a méi Industrien ze vergréisseren.
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.
Héich Performance Ultraschall! D'Produktpalette vum Hielscher deckt de ganze Spektrum vum kompakte Labo Ultraschall iwwer Bench-Top Eenheeten bis voll industriell Ultraschallsystemer.