Grafēna nanoplateli, kas sintezēti un izkliedēti, izmantojot zondi-ultraskaņu

Grafēna nanoplateletus (GNP) var sintezēt un izkliedēt ar augstu efektivitāti un uzticamību, izmantojot sonikatorus. Augstas intensitātes ultrasonication tiek izmantota, lai pīlingītu grafītu un iegūtu dažu slāņu grafēnu, ko bieži sauc par grafēna nanoplateletiem. Ultraskaņas apstrāde arī izceļas, sasniedzot izcilu grafēna nanotrombocītu sadalījumu gan zemās, gan ļoti viskozās suspensijās.

Grafēna nanotrombocītu apstrāde – Izcili rezultāti ar ultraskaņu

Grafēna nanoplatelu apstrādei zondes tipa ultraskaņas aparāti ir visefektīvākais, uzticamākais un viegli lietojams rīks. Tā kā ultrasonication var izmantot grafēna nanoplateletu sintēzei, dispersijai un funkcionalizācijai, ultraskaņas aparāti tiek izmantoti daudziem ar grafēnu saistītiem lietojumiem:

• Pīlings un sintēze Zondes tipa sonikatori tiek izmantoti, lai grafītu lobītu dažu slāņu grafēna vai grafēna nanotrombocītos. Augstas intensitātes ultrasonikācija traucē starpslāņu spēkus un sadala grafītu mazākās, atsevišķās grafēna loksnēs.
• Dispersijas: Vienmērīgas grafēna nanoplateletu dispersijas panākšana šķidrā vidē ir būtiska visiem ar grafēnu saistītajiem lietojumiem. Zondes tipa ultraskaņas aparāti var vienmērīgi izkliedēt nanoplateletus visā šķidrumā, novēršot aglomerāciju un nodrošinot stabilu suspensiju.
• Funkcionalizācija: Ultraskaņas apstrāde atvieglo grafēna nanoplateletu funkcionalizāciju, veicinot funkcionālo grupu vai molekulu piesaisti to virsmām. Šī funkcionalizācija uzlabo to saderību ar konkrētiem polimēriem vai materiāliem.

Grafēna nanoplatecītu sintēze, izmantojot ultraskaņu

Grafēna nanoplateletus var sintezēt ar ultrasoniski atbalstītu grafīta pīlingu. Tāpēc grafīta suspensija tiek apstrādāta ar ultraskaņu, izmantojot zondes tipa ultraskaņas homogenizatoru. Šī procedūra ir pārbaudīta ar ļoti zemu (piemēram, 4 masas % vai zemāku) līdz augstu cietas vielas (piemēram, 10 masas) koncentrāciju.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Iegūtie grafēna nanoshēmu augstas izšķirtspējas pārraides elektronmikroskopa attēli
izmantojot ultrasoniski atbalstītu ūdens fāzes dispersiju un Hummer metodi.
(Pētījums un grafiks: Ganems un Rehims, 2018)

Kāda ir atšķirība starp grafēna loksnēm un nanoplateletiem?

Grafēna loksnes un grafēna nanoplateleti abi ir nanomateriāli, kas sastāv no grafēna, kas ir viens oglekļa atomu slānis, kas sakārtots sešstūra režģī. Dažreiz grafēna loksnes un grafēna nanoplateleti tiek izmantoti kā savstarpēji aizvietojami termini. Bet zinātniski starp šiem grafēna nanomateriāliem ir dažas atšķirības: Galvenā atšķirība starp grafēna loksnēm un grafēna nanoplateletiem ir to struktūra un biezums. Grafēna loksnes sastāv no viena oglekļa atomu slāņa un ir ārkārtīgi plānas, savukārt grafēna nanoplateleti ir biezāki un sastāv no vairākiem sakrautiem grafēna slāņiem. Šīs strukturālās atšķirības var ietekmēt to īpašības un piemērotību konkrētiem lietojumiem. Zondes tipa ultraskaņas aparātu izmantošana ir ļoti efektīva un efektīva metode, lai sintezētu, izkliedētu un funkcionalizētu grafēna viena slāņa grafēna loksnes, kā arī dažu slāņu sakrautus grafēna nanoplateletus.

Grafēna nanoplateletu ultraskaņas sintēzes grafiskā vizualizācija, izmantojot sonikatoru UP100H
(Pētījums un grafiks: Ganems un Rehims, 2018)

Grafēna nanoplateletu dispersija, izmantojot ultraskaņu

Grafēna nanoplatecītu (NKP) vienmērīga dispersija ir būtiska dažādos lietojumos, jo tā tieši ietekmē iegūto materiālu vai produktu īpašības un veiktspēju. Tāpēc ultraskaņas apstrādātāji tiek uzstādīti grafēna nanotrombocītu dispersijām dažādās nozarēs. Šādas nozares ir spilgti piemēri jaudas ultraskaņas izmantošanai:
 

• Nanokompozīti: Grafēna nanoplateletus var iekļaut dažādos nanokompozītu materiālos, piemēram, polimēros, lai uzlabotu to mehāniskās, elektriskās un termiskās īpašības. Zondes tipa ultraskaņas aparāti palīdz vienmērīgi izkliedēt nanoplateletus polimēra matricā, kā rezultātā uzlabojas materiāla veiktspēja.
• Elektrodi un baterijas: Grafēna nanoplatelīti tiek izmantoti augstas veiktspējas elektrodu izstrādē baterijām un superkondensatoriem. Ultraskaņas apstrāde palīdz radīt labi izkliedētus grafēna bāzes elektrodu materiālus ar palielinātu virsmas laukumu, kas uzlabo enerģijas uzglabāšanas iespējas.
• Katalīze: Ultraskaņas apstrādi var izmantot, lai sagatavotu katalītiskos materiālus, kuru pamatā ir grafēna nanotrombocīti. Katalītisko nanodaļiņu vienmērīga dispersija uz grafēna virsmas var uzlabot katalītisko aktivitāti dažādās reakcijās.
• Sensori: Grafēna nanoplatelītus var izmantot sensoru ražošanā dažādiem lietojumiem, tostarp gāzes uztveršanai, biosensingam un vides monitoringam. Ultraskaņas apstrāde nodrošina nanoplatecītu viendabīgu sadalījumu sensoru materiālos, kā rezultātā uzlabojas jutība un veiktspēja.
• Pārklājumi un plēves: Zondes tipa ultraskaņas aparātus izmanto, lai sagatavotu grafēna nanoplates pārklājumus un plēves lietojumiem elektronikā, kosmiskajā aviācijā un aizsargpārklājumos. Vienmērīga dispersija un pareiza saķere ar pamatnēm ir būtiska šiem lietojumiem.
• Biomedicīnas pielietojumi: Biomedicīnas lietojumos grafēna nanoplatelītus var izmantot zāļu piegādei, attēlveidošanai un audu inženierijai. Ultraskaņas apstrāde palīdz sagatavot grafēna bāzes nanodaļiņas un kompozītus, ko izmanto šajos lietojumos.

Grafēna nanoplateletu SEM attēli b) X3000 un c) X8000
(Pētījums un attēli: ©Alizadeh et al., 2018)

Zinātniski pierādīti rezultāti ultraskaņas grafēna nanotrombocītu dispersijām

Zinātnieki ir izmantojuši Hielscher ultraskaņas aparātus grafēna nanoplateletu sintēzei un dispersijai daudzos pētījumos un enerģiski pārbaudījuši ultrasonikācijas ietekmi. Zemāk jūs varat atrast dažus piemērus veiksmīgai grafēna nanoplateletu sajaukšanai dažādos maisījumos, piemēram, ūdens vircās, eksponēšanas sveķos vai javā.
 
Kopēja procedūra uzticamai, ātrai un vienmērīgai grafēna nanoplateletu dispersijai ir šāda procedūra:
Dispersijai grafēna nanoplateleti tika apstrādāti ar ultraskaņu tīrā acetonā, izmantojot Hielscher ultraskaņas maisītāju UP400S gandrīz vienu stundu, lai novērstu grafēna lokšņu aglomerāciju. Acetons tika pilnībā noņemts, iztvaicējot. Pēc tam grafēna nanoplatelīti tika pievienoti 1 masas % no epoksīda sistēmas un 15 minūtes tika apstrādāti ar ultraskaņu epoksīdsveķos 90 W temperatūrā.
(sal. ar Cakir et al., 2016)
 
Citā pētījumā tiek pētīta jonu šķidruma bāzes nanofluīdu (joanofluīdu) stiprināšana, pievienojot grafēna nanoplateletus. Lai nodrošinātu izcilu dispersiju, grafēna nanoplateletu, jonu šķidruma un nātrija dodecilbenzola sulfonāta maisījums tika homogenizēts, izmantojot Hielscher zondes tipa sonikatoru UP200S apmēram 90 minūtes.
(sk. Alizadeh et al., 2018)

 
(2019) ziņo par grafēna nanoplateletu efektīvu iekļaušanu javā. Tāpēc ūdens grafēna suspensijas tika ražotas, pievienojot nanoplatecītus – pie svariem, kas ierakstīti iegūtajos materiālos ar vēlamo mērķa saturu – parastā krāna ūdens un plastifikatora maisījumos un pēc tam 2 min magnētisko maisīšanu. Suspensijas tika homogenizētas ar ultrasonication 90 minūtes istabas temperatūrā, izmantojot Hielscher UP400S ierīci (Hielscher Ultrasonics GmbH), kas aprīkota ar 22 mm sonotrodu, kas nodrošina jaudas caurlaidspēju 4500 J / min ar frekvenci 24 kHz. Specifiskā enerģijas ātruma un ultraskaņas apstrādes ilguma kombinācija tika noteikta kā optimāla pēc rūpīgas tīrīšanas par Suspensijas kvalitātes ultrasonikācijas parametru ietekmi.
(sk. Tragazikis et al., 2019)
 
(2018) savos pētījumos norāda, ka pareiza dispersijas tehnika, piemēram, ultraskaņas apstrāde, nodrošina, ka nanomateriāli, piemēram, grafēna nanoplatetelets, var uzlabot uzpildes materiālu īpašības. Tas ir saistīts ar faktu, ka dispersija ir viens no svarīgākajiem faktoriem augstas kvalitātes nanokompozītu, piemēram, epoksīda javas, ražošanā.

Augstas veiktspējas ultraskaņas aparāti grafēna nanoplatelu apstrādei

Hielscher Ultrasonics ir tirgus līderis, kad runa ir par augstas veiktspējas ultrasonikatoriem nanomateriālu apstrādei. Hielscher zondes tipa ultraskaņas aparāti tiek izmantoti visā pasaulē laboratorijās un rūpnieciskos apstākļos dažādiem lietojumiem, tostarp grafēna nanoplateletu apstrādei.
Mūsdienīga tehnoloģija, vācu meistarība un inženierija, kā arī ilgstoša tehniskā pieredze padara Hielscher Ultrasonics par vēlamo partneri veiksmīgai ultraskaņas lietošanai.

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā

Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: