Grafēna oksīds – Ultraskaņas pīlings un dispersija
Ultraskaņas pīlings ir plaši izmantota metode, lai ražotu grafēna oksīdu, sadalot grafīta oksīdu plānās, viena vai dažu slāņu grafēna loksnēs. Hielscher sonikatori rada intensīvu akustisko kavitāciju, kur enerģijas blīvi ultraskaņas viļņi rada augstas enerģijas mikroburbuļus šķidrā vidē. Šie sabrūkošie burbuļi rada bīdes spēkus, kas atdala grafīta oksīda slāņus, efektīvi lobot tos grafēna oksīda nanolapās. Izmantojiet augstas veiktspējas ultraskaņas priekšrocības, lai jūsu grafēna oksīda pielietojums nonāktu nākamajā līmenī!
Grafēna oksīda ultraskaņas pīlings
Grafēna oksīds ir ūdenī šķīstošs, amfifilisks, netoksisks, bioloģiski noārdāms un to var viegli izkliedēt stabilos koloīdos. Ultraskaņas pīlings un dispersija ir ļoti efektīva, ātra un rentabla metode, lai sintezētu, izkliedētu un funkcionalizētu grafēna oksīdu rūpnieciskā mērogā. Pakārtotajā apstrādē ultraskaņas izkliedētāji ražo augstas veiktspējas grafēna oksīda-polimēra kompozītus.
Ultraskaņas pīlinga priekšrocības
Ultraskaņas pīlings piedāvā vairākas priekšrocības, tostarp vienkāršību, mērogojamību un videi draudzīgumu, jo tas parasti neprasa skarbas ķīmiskas vielas vai sarežģītu apstrādi. Turklāt tas ļauj precīzi kontrolēt grafēna oksīda nanolapu izmēru un biezumu, kas ir būtiski, lai pielāgotu to īpašības dažādos lietojumos.
Rūpnieciskais sonikators UIP16000hdT grafēna oksīda pīlingam ar augstu caurlaidspēju
Protokols: Grafēna oksīda ultraskaņas pīlings
Lai kontrolētu grafēna oksīda (GO) nanolapu izmēru, pīlinga metodei ir galvenais faktors. Pateicoties precīzi kontrolējamiem procesa parametriem, ultraskaņas pīlings ir visplašāk izmantotā delaminācijas tehnika augstas kvalitātes grafēna un grafēna oksīda ražošanai.
Grafēna oksīda ultraskaņas pīlingam no grafīta oksīda ir pieejami dažādi protokoli. Zemāk atrodiet ultraskaņas grafēna oksīda pīlinga paraugprotokolu:
Grafīta oksīda pulveri sajauc KOH ūdenī ar pH vērtību 10. Pīlingam un turpmākai dispersijai tiek izmantots zondes tipa ultrasonikators UP200St (200W). Pēc tam K+ jonus piesaista grafēna bazālajai plaknei, lai izraisītu novecošanās procesu. Novecošana tiek panākta rotācijas iztvaikošanas laikā (2 h). Lai noņemtu pārmērīgus K+ jonus, pulveri mazgā un centrifugē vairākas reizes.
Iegūto maisījumu centrifugē un liofilizē tā, lai izgulsnētos disperģējams grafēna oksīda pulveris.
Vadošas grafēna oksīda pastas sagatavošana: Grafēna oksīda pulveri var disperģēt dimetilformamīdā (DMF) ar ultraskaņu, lai iegūtu vadošu pastu. (Han et al.2014)
Ultraskaņas grafēna oksīda pīlinga mehānisms
(Attēls.: Potts et al. 2011)
Grafēna oksīda ultraskaņas funkcionalizācija
Ultraskaņas apstrāde tiek veiksmīgi izmantota, lai iekļautu grafēna oksīdu (GO) polimēros un kompozītmateriālos.
Piemēri:
- grafēna oksīda-TiO2 mikrosfēras kompozīts
- polistirola-magnetīta-grafēna oksīda kompozīts (strukturēts ar serdi–apvalku)
- polistirola reducētie grafēna oksīda kompozīti
- polianilīna ar nanošķiedru pārklāts polistirola/grafēna oksīda (PANI-PS/GO) serdes čaulas kompozīts
- polistirola interkalēts grafēna oksīds
- p-fenilēndiamīna-4vinilbenzol-polistirola modificēts grafēna oksīds
Ultrasonicator UP400St Grafēna nanoplatecītu dispersiju sagatavošanai
Grafēna oksīda pielietojumi, kas iegūti ar ultraskaņas pīlingu
Grafēna oksīdam, kas ražots, izmantojot ultraskaņas pīlingu, ir plašs pielietojums dažādās jomās. Elektronikā to izmanto elastīgās vadošās plēvēs un sensoros; Enerģijas uzglabāšanā tas uzlabo akumulatoru un superkondensatoru veiktspēju. Grafēna oksīda antibakteriālās īpašības padara to vērtīgu biomedicīnas lietojumos, savukārt tā augstais virsmas laukums un funkcionālās grupas ir izdevīgas katalīzē un vides attīrīšanā. Kopumā ultraskaņas pīlings atvieglo efektīvu augstas kvalitātes grafēna oksīda ražošanu izmantošanai visprogresīvākajās tehnoloģijās.
Ultraskaņas apstrādātāji grafēna un grafēna oksīda apstrādei
Hielscher Ultrasonics piedāvā lieljaudas ultraskaņas sistēmas grafēna un grafēna oksīda pīlingam, izkliedēšanai un apstrādei. Uzticami ultraskaņas procesori un sarežģīti reaktori nodrošina precīzu kontroli, ļaujot ultraskaņas procesus noregulēt uz vēlamajiem mērķiem.
Viens būtisks parametrs ir ultraskaņas amplitūda, kas nosaka ultraskaņas zondes vibrācijas izplešanos un kontrakciju. Hielscher rūpnieciskie ultrasonikatori nodrošina augstas amplitūdas, līdz 200 μm, nepārtraukti darbojas 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejamas pielāgotas ultraskaņas zondes. Visus procesorus var precīzi pielāgot procesa apstākļiem un uzraudzīt, izmantojot iebūvētu programmatūru, nodrošinot uzticamību, konsekventu kvalitāti un reproducējamus rezultātus.
Hielscher ultraskaņas apstrādātāji ir izturīgi un var nepārtraukti darboties lieljaudas vidē, padarot ultraskaņu par vēlamo ražošanas tehnoloģiju liela mēroga grafēna, grafēna oksīda un grafīta materiāla sagatavošanai.
Plašs ultrasonikatoru un piederumu produktu klāsts, ieskaitot sonotrodes un reaktorus ar dažādiem izmēriem un ģeometrijām, ļauj izvēlēties optimālus reakcijas apstākļus un faktorus, piemēram, reaģentus, ultraskaņas enerģijas ievadi, spiedienu, temperatūru un plūsmas ātrumu, lai sasniegtu visaugstāko kvalitāti. Hielscher ultraskaņas reaktori var pat saspiest līdz pat vairākiem simtiem barg, ļaujot apstrādāt ļoti viskozas pastas ar viskozitāti, kas pārsniedz 250 000 centipoise.
Ultraskaņas atslāņošanās un pīlings šo faktoru dēļ izceļ parastās metodes.
- liela jauda
- augsti bīdes spēki
- Piemērojamais augstais spiediens
- precīza kontrole
- Nemanāma mērogojamība (lineāra)
- Partija un nepārtraukta
- reproducējami rezultāti
- uzticamība
- Stabilitāti
- augsta energoefektivitāte
Ultraskaņas sistēma grafēna oksīda pīlingam
Lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas grafēna sintēzi, dispersiju un funkcionalizāciju, lūdzu, noklikšķiniet šeit:
- Rūpnieciska mēroga vienslāņu grafēns, izmantojot ultraskaņas eksfoliāciju
- Grafēna ražošana
- Grafēna nanoplatelīti
- Grafēna pīlings uz ūdens bāzes
- ūdenī disperģējams grafēns
- Grafēna oksīds
- Ksenes
Fakti, kurus ir vērts zināt
Ultraskaņa un kavitācija: kā grafīts tiek pīlingēts ar grafēna oksīdu, izmantojot ultraskaņu?
Grafīta oksīda (GrO) ultraskaņas pīlings ir balstīts uz augstu bīdes spēku, ko izraisa akustiskā kavitācija. Akustiskā kavitācija rodas sakarā ar mainīgajiem augstspiediena / zema spiediena cikliem, ko rada spēcīgu ultraskaņas viļņu savienošana šķidrumā. Zema spiediena ciklu laikā rodas ļoti mazi tukšumi vai vakuuma burbuļi, kas aug mainīgos zema spiediena ciklos. Kad vakuuma burbuļi sasniedz izmēru, kurā tie nevar absorbēt vairāk enerģijas, augsta spiediena cikla laikā tie vardarbīgi sabrūk. Burbuļu implosija izraisa kavitācijas bīdes spēkus un stresa viļņus, ekstremālu temperatūru līdz 6000K, ārkārtēju dzesēšanas ātrumu virs 1010K/s, ļoti augsts spiediens līdz 2000atm, ekstremālas spiediena starpības, kā arī šķidruma strūklas ar ātrumu līdz 1000km/h (∼280m/s).
Šie intensīvie spēki ietekmē grafīta skursteņus, kas ir delaminēti viena vai dažu slāņu grafēna oksīdā un senatnīgās grafēna nanolapās.
Kas ir grafēna oksīds?
Grafēna oksīdu (GO) sintezē ar pīlinga grafīta oksīdu (GrO). Lai gan grafīta oksīds ir 3D materiāls, kas sastāv no miljoniem grafēna slāņu slāņu ar interkalētu skābekli, grafēna oksīds ir mono- vai dažu slāņu grafēns, kas abās pusēs ir skābeklis.
Grafēna oksīds un grafēns atšķiras viens no otra ar šādām īpašībām: grafēna oksīds ir polārs, bet grafēns ir nepolārs. Grafēna oksīds ir hidrofils, bet grafēns ir hidrofobs.
Tas nozīmē, ka grafēna oksīds ir ūdenī šķīstošs, amfifilisks, netoksisks, bioloģiski noārdāms un veido stabilas koloidālas suspensijas. Grafēna oksīda virsma satur epoksīda, hidroksilgrupas un karboksilgrupas, kas ir pieejamas mijiedarbībai ar katjoniem un anjoniem. Pateicoties savai unikālajai organiskajai un neorganiskajai hibrīda struktūrai un izcilajām īpašībām, GO–polimēru kompozīti piedāvā augstu potenciālu kolektoru rūpnieciskiem lietojumiem. (Tolasz et al. 2014)
Kas ir samazināts grafēna oksīds?
Samazināts grafēna oksīds (rGO) tiek ražots ar grafēna oksīda ultraskaņas, ķīmisko vai termisko samazināšanu. Reducēšanas posma laikā lielākā daļa grafēna oksīda skābekļa funkciju tiek noņemtas tā, lai iegūtajam reducētajam grafēna oksīdam (rGO) būtu ļoti līdzīgas īpašības kā senatnīgajam grafēnam. Tomēr reducēts grafēna oksīds (rGO) nav bez defektiem un senatnīgs kā tīrs grafēns.
Literatūra/Atsauces
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.