Hielscher ultraskaņas tehnoloģija

Ultraskaņas Graphene sagatavošana

Graphene

Grafīts sastāv no divu izmēru loksnēm SP2-hybridized, sešagoniski sakārtoti oglekļa atomi-Grafēns-kas tiek regulāri stacked. Grafēna atomu plānas loksnes, kas veido grafīta ar non-galvojumu mijiedarbību, raksturo ārkārtīgi lielāku platību. Graphene rāda neparastu izturību un stingrību tās bazālo līmeni, kas sasniedz ar aptuveni 1020 GPa gandrīz stiprums vērtība dimantu.
Graphene ir dažu allotropu pamata struktūras elements, kā arī grafīts – oglekļa nanocaurules un fullerenes. Izmanto kā piedevu, Graphene var ievērojami uzlabot elektrisko, fizisko, mehāniskās un barjeras īpašības polimēra kompozītmateriāliem pie ļoti zemām slodzītēm. (Xu, Suslick 2011)
Ar tās īpašībām, Graphene ir materiāls, kas ir vispār, un tādējādi sola nozarēm, kas ražo Kompozītmateriālus, pārklājumus vai Microelectronics. Geim (2009) apraksta grafēnu kā supermateriālu kodolīgi šādā punktā:
"Tas ir visplānākais materiāls visumā un visspēcīgākais jebkad izmērītais. Tās maksas pārvadātājiem eksponēt milzu raksturīgo mobilitāti, ir mazākais efektīvo masu (tas ir nulle) un var ceļot micrometer-attālumos bez izkliedi istabas temperatūrā. Graphene var uzturēt pašreizējo blīvumu 6 pasūtījumus augstāka nekā vara, liecina ieraksts siltuma vadītspēju un stīvumu, ir necaurlaidīgas gāzēm un saskaņo šādas konfliktējošas īpašības, kā trauslumu un plastiskums. Elektronu transporta grafā ir aprakstīta ar Dirac līdzīgu vienādojumu, kas ļauj izmeklēt relativistic kvantu parādības stendā top eksperiments.
Šī izcilā materiāla īpašību dēļ Grafēns ir viens no daudzsološākajiem materiāliem un ir nanomateriālu pētniecības uzmanības centrā.

Graphene consists in carbon atoms which are arranged in a regular hexagonal pattern. i

Pateicoties izcilai materiāla izturībai un stingrībai, Grafēns ir visdaudzsološākais nanozinātņu materiāls. © 2010Alexanderaiusa CreativeCommons

Informācijas pieprasījums




Ņemiet vērā, ka mūsu Privātuma politika.


Lieljaudas ultraskaņa

Kad sonicating šķidrumus ar augstu intensitāti, skaņas viļņi, kas izplatīt vērā šķidro plašsaziņas līdzekļu rezultātā pārmaiņus augsta spiediena (kompresijas) un zema spiediena (rarefaction) cikli, ar likmēm, atkarībā no frekvences. Zema spiediena cikla laikā augstas intensitātes ultraskaņas viļņi rada nelielus vakuuma burbuļus vai tukšumu šķidrumā. Kad burbuļi sasniegt tilpumu, kurā tie vairs nevar absorbēt enerģiju, tie sabrukt spēcīgi augsta spiediena ciklā. Šo parādību dēvē par kavitāciju. Sabrukums ļoti augsta temperatūra (apm. 5, 000K) un spiedieni (apm. 2, 000atm) tiek sasniegta uz vietas. Sabrukums kavitācija burbulis arī rada šķidro strūklu līdz 280M/s ātrumu. (Suslick 1998) Ultraskaņas radīts kavitācija izraisa ķīmiskās un fizikālās sekas, ko var piemērot procesiem.
KAVITĀCIJAS izraisītas Sonokīmija nodrošina unikālu mijiedarbību starp enerģiju un matēriju, ar karstvietām burbuļos ~ 5000 K, spiedienu ~ 1000 bar, apkures un dzesēšanas ātrumu >1010K s-1; Šie ārkārtēji apstākļi ļauj piekļūt virknei ķīmisko reakciju vietas, kas parasti nav pieejamas, un tas ļauj sintezējot plašu neparastu nanostrukturēto materiālu klāstu. (Bang 2010)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

Ultraskaņas kavitācija šķidrā

Ultraskaņas sagatavošana Graphene

Tā kā ir zināmas grafīta ārkārtējas īpašības, ir izstrādātas vairākas tā sagatavošanas metodes. Blakus grafēnu ķīmiskai ražošanai no grafēna oksīda daudzpakāpju procesos, kuriem ir vajadzīgi ļoti spēcīgi OKSIDĒJOŠIE un reducējošie aģenti. Turklāt Grafēns, kas sagatavots saskaņā ar šiem skarbajiem ķīmiskiem apstākļiem, bieži satur lielu daudzumu defektu pat pēc samazinājuma, salīdzinot ar grafeju, kas iegūts no citām metodēm. Tomēr Ultraskaņa ir pierādīta alternatīva, lai ražotu augstas kvalitātes grafēnu, arī lielos daudzumos. Pētnieki ir izstrādājuši nedaudz atšķirīgi, izmantojot ultraskaņu, bet kopumā Graphene ražošana ir vienkāršs vienpakāpju process.
Lai sniegtu piemēru konkrētam Grafēns ražošanas maršruts: grafīts tiek pievienots maisījumā ar atšķaidītu organisko skābi, alkoholu un ūdeni, un tad maisījums ir pakļauts ultraskaņas apstarošana. Skābe darbojas kā “Molekulārais ķīlis” kas atdala grafēna loksnes no vecākgrafīta. Šajā vienkāršajā procesā tiek radīts liels daudzums nebojāta, augstas kvalitātes grafēna, kas izkliedēts ūdenī. (Et al. 2010)

Hielscher covers the full range from compact lab ultrasonicators to bench-top size and full commercial production size systems.

Jaudīga un uzticama ultraskaņas iekārta kolektora lietojumiem, piemēram, homogenizācija, ekstrakcija, nano materiālu apstrāde vai sonoķīmija.

Graphene Direct pīlings

Ultraskaņa ļauj sagatavot graphenes organiskajos šķīdinātājos, virsmaktīvās vielas/ūdens šķīdumus vai jonu šķidrumus. Tas nozīmē, ka var izvairīties no spēcīgu oksidējošo vai reducējošo aģentu izmantošanas. Stankovich et al. (2007) ražo Grafēns ar lobīšanās ar ultrasonication.
Grafēna oksīda AFM attēli, kas izlobītas ar ultraskaņas ārstēšanu 1 mg/mL koncentrācijā ūdenī, vienmēr atklāja, ka loksnes ir ar vienādu biezumu (~ 1 nm, kā parādīts piemērā 1. att.). Šie labi izskrupušie grafēna oksīda paraugi saturēja ne biezākas, ne slaidākas par 1nm loksnēm, kas noved pie secinājuma, ka ar šiem nosacījumiem patiešām tika panākts pilnīgs Eksfoliācija no grafēna oksīda uz leju līdz atsevišķiem grafēna oksīda loksnēm. (Stankovich et al. 2007)

Hielscher's High Power Ultrasound Devices are the ideal tool to prepare graphene - both in lab scale as well as in full commercial process streams

1. attēls: AFM attēls ar uzpūsts Go loksnēm ar trīs augstuma profiliem, kas iegūtas dažādās vietās (stankovich et al. 2007)

Sagatavošana Graphene loksnes

Stengl et al. ir parādījuši veiksmīgu sagatavošanu tīra grafēna loksnes lielos daudzumos ražošanas laikā nestoichiometriski TiO2 Graphene nanocomposit ar termiskās hidrolīzes suspensijas ar grafēna nanoloksnēm un titania peroxo kompleksu. Tīra grafēna nanoloksnes tika ražotas no dabīgā grafīta, izmantojot augstas intensitātes KAVITĀCIJAS lauku, ko rada Hielscher ultraskaņas procesors UIP1000hd augstspiediena ultraskaņas reaktorā 5 bar. Grafēna loksnes, kas iegūtas, ar augstu specifisku virsmas laukumu un unikālām elektroniskām īpašībām, var izmantot kā labu atbalstu TiO2, lai uzlabotu fotokatalītisko aktivitāti. Izpētes grupa apgalvo, ka ultrasoniski sagatavota grafēna kvalitāte ir daudz augstāka nekā Grafēns, ko iegūst Hummer metodē, kur grafīts tiek izlobīts un oksidēts. Tā kā fiziskos apstākļus ultraskaņas reaktorā var precīzi kontrolēt un pieņemot, ka grafēna kā to koncentrācija būs atšķirīga diapazonā no 1 – 0.001%, grafēna ražošana nepārtrauktā sistēmā komerciāla mēroga ir iespējama.

Sagatavošana ar ultraskaņu Grafēna oksīda apstrāde

Oh et al. (2010) ir parādījuši sagatavošanas maršruts, izmantojot ultraskaņas apstarošana ražot grafēna oksīda (GO) slāņiem. Tādēļ tās apturēja divdesmit piecus miligramus grafēna oksīda pulvera 200 ml dejonizēta ūdens. Maisot, viņi ieguva neviendabīgu brūnu suspensiju. Rezultātā suspensijas bija apstrādāt ultraskaņu (30 min, 1,3 × 105j), un pēc žāvēšanas (pie 373 K) tika ražots ultrasoniski apstrādāts grafēna oksīds. FTIR spektroskopija parādīja, ka ultraskaņas apstrāde nemainīja grafēna oksīda funkcionālās grupas.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

2. attēls: grafēna nanolokšņu SEM tēls, ko iegūst ultrasonication (oh et al. 2010)

, Graphene Sheets funkcionalizācija

Xu un Suslick (2011) aprakstīt ērtu viena soļa metode, lai sagatavotu polistirola funkcionalizētais grafīta. Savā pētījumā, viņi izmantoja grafīta pārslas un stirēna kā pamata izejvielas. Ar sonicating grafīta pārslas stirola (reaktīvais monomērs), ultraskaņas apstarošana rezultātā izraisīja mezoķīmisks pīlings grafīta pārslām vienslāņa un nedaudzslāņu grafēna loksnēs. Vienlaicīgi tiek sasniegta grafēna lokšņu funkcionalizācija ar polistirola ķēdēm.
To pašu funkcionalizācijas procesu var veikt ar citiem vinila monomēriem, kas paredzēti kompozītu, pamatojoties uz grafēnu.

Nanoribbons sagatavošana

Pētniecības grupa Hongjie Dai un viņa kolēģiem no Stanford University atrasts tehniku, lai sagatavotu nanoribbons. Graphene lentes ir plānas sloksnes Grafēns, kas var būt pat vairāk noderīgas īpašības nekā grafēna loksnes. Ja platums ir aptuveni 10 nm vai mazāks, grafēna lentes uzvedība ir līdzīga pusvadītāju, jo elektroni ir spiesti pārvietoties gareniski. Tādējādi var būt interesanti izmantot nanoribbons ar pusvadītāju līdzīgu funkciju elektronikā (piemēram, mazākiem, ātrāku datoru mikroshēmas).
Dai et al. grafēna nanoribbons sagatavošana uz diviem soļiem: pirmkārt, tie atgāza grafola slāņus no grafīta, termiski ārstējot 1000 º C vienu minūti 3% ūdeņraža, argona gāzē. Tad Grafēns tika sadalīts strēmelēs, izmantojot Ultrasonication. Nanoribbons, ko iegūst ar šo tehniku raksturo daudz vienmērīgāku’ nekā parastie litogrāfijas līdzekļi. (Jiao et al. 2009)

Oglekļa Nanoruļļu sagatavošana

Carbon Nanoscrolls ir līdzīgi Multi-sienu oglekļa nanocaurules. Atšķirība MWCNTs ir atklāti padomi un pilnīgu pieejamību iekšējām virsmām, lai citām molekulām. Tos var sintezēt mitrā-ķīmiski ar intercalating grafīta ar kāliju, pīlinga ūdenī un sonicating koloidālā suspensija. (skat. Viculis et al. 2003) Ultrasonication palīdz grafēna monoslāņu ritināšanu par oglekļa nanoritruļļiem (skatīt 3. att.). Augsta konversijas efektivitāte ir 80% ir panākts, kas padara ražošanu nanoscrolls interesantu komerciāliem lietojumiem.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

3. att.: Carbon Nanoscrolls ultraskaņas sintēze (Viculis et al. 2003)

Graphene dispersijas

Grafēna un grafēna oksīda izkliedes pakāpe ir ārkārtīgi svarīga, lai izmantotu visu Graphene potenciālu ar tā īpašajām īpašībām. Ja Grafēns nav izkliedēts kontrolētos apstākļos, poliizkliede grafēna dispersijas var novest pie neprognozējams vai nonideal uzvedība pēc tam, kad tas ir iekļauts ierīces, jo no Graphene īpašības ir atšķirīgs kā funkcija no tās strukturālo Parametrus. Sonication ir pierādīta attieksme, lai vājinātu Starpslāņu spēkiem un ļauj precīzi kontrolēt svarīgu apstrādes parametriem.
"Attiecībā uz grafēna oksīdu (GO), ko parasti izlieto kā vienslāņa loksnes, viena no galvenajām poliizklieitātes problēmām rodas no pārslu sāniskās platības atšķirībām. Ir pierādīts, ka vidējais sānu GO lielums var tikt pārbīdīts no 400 nm līdz 20 μm, mainot grafīta izejmateriālu un ultraskaņas apstrādes apstākļus. " (Green et al. 2010)
Ultraskaņas Izkliedēšana , kas izraisa smalku un pat koloidālu virurību, ir pierādīta dažādos citos pētījumos. (Liu et al. 2011/Baby et al. 2011/Choi et al. 2010)
Zhang et al. (2010) ir pierādījuši, ka, izmantojot Ultrasonication stabila grafēna dispersija ar augstu koncentrāciju 1 mg · mL − 1 un relatīvi tīras grafēna loksnes ir sasniegti, un kā sagatavotas grafēna loksnes uzrāda augstu elektrisko vadītspēju 712 S · m− 1. Fourier pārveidotie infrasarkanie spektri un Raman Spectra pārbaudes rezultāti liecināja, ka ultraskaņas sagatavošanas metodei ir mazāk bojājumu grafēna ķīmisko un kristālu struktūrām.

Iespējamie pielietojumi

Bioloģiskie pielietojumi: piemērs ultraskaņas grafēna sagatavošanai un tā bioloģiskā izmantošana ir dota pētījumā "Graphene-Gold Nanokompozītu sintēze, izmantojot SONOCHEMICAL Reduction" ar Park et al. (2011), kur nanokompozītmateriāli no samazināta grafēna oksīda -Gold (au) nanodaļiņas tika sintezēta, vienlaikus samazinot zelta jonu un nogulda zelta nanodaļiņas uz virsmas samazināto Graphene oksīds vienlaicīgi. Lai atvieglotu samazināšanu zelta jonu un paaudzes skābekļa funkcijas noenkurošanai zelta nanodaļiņas uz samazināta grafēna oksīda, ultraskaņas apstarošanu tika piemērots maisījumu reactants. Ar zeltu saistošu peptīdu modificētu biomolekulu ražošana rāda ultraskaņas apstarošanas potenciālu grafēna un grafēna kompozītputniem. Tādējādi, ultraskaņa, šķiet, ir piemērots instruments, lai sagatavotu citus biomolekulas.
Elektronika: Graphene ir ļoti funkcionāls materiāls elektroniskajam sektoram. Ar maksas pārvadātāju augsto mobilitāti grafēna tīklā, Graphene ir vislielākā interese par ātru elektronisko komponentu izstrādi augstfrekvences tehnoloģijās.
Sensori: ultrasoniski izlobīts Grafēns var tikt izmantots ļoti jutīgu un selektīvu vadīttometrisko sensoru (kuru pretestība strauji mainās >10 000% piesātinātā etanola tvaiki) un ultrakondensatori ar ļoti augstu specifisko kapacitātes (120 F/g), jaudas blīvuma (105 kW/kg) un enerģijas blīvuma (9,2 Wh/kg). (Et al. 2010)
Alkohols: alkohola ražošanai: var izmantot grafēnu spirta ražošanā, tur grafēna membrānas var tikt izmantotas, lai destilēt spirtu un tādējādi padarītu alkoholiskos dzērienus spēcīgāku.
Kā visspēcīgākais, visvairāk elektriski vadošs un viens no vieglākajiem un elastīgākajiem materiāliem, Grafēns ir daudzsološs materiāls saules baterijas, katalīzi, pārredzamu un izstarojošs displeji, mikromehāniskās rezonatoriem, tranzistori, kā katoda in litija-gaisa baterijas ultrajutīgiem ķīmiskajiem detektoriem, vadošiem pārklājumiem, kā arī izmantošanai kā piedevu savienojumiem.

Sazinieties ar mums / lūdzam papildu informāciju

Runājiet ar mums par savām apstrādes prasībām. Mēs iesakām vispiemērotākās uzstādīšanas un apstrādes parametrus savam projektam.





Lūdzu, ņemiet vērā mūsu Privātuma politika.


Lejupielādēt pilnu rakstu kā PDF šeit:
Ultrasoniski palīdz sagatavot grafēnu

Literatūra / Literatūras saraksts

  • , X.; Simmons, T.; Šahs, R.; Wolfe, C.; Lūiss, K. M.; No Vašingtonas, M.; Nayak, S. K.; Talapatra, S.; Kar, S. (2010): stabils ūdens dispersiju Noncovalently Funkcionalizēts Graphene no grafīta un to daudzfunkcionālās augstas veiktspējas lietojumiem. Nano vēstules 10/2010. 4295-4301. lpp.
  • Baby, T. th.; Ramaprabhu, S. (2011): Enhanced konvekcijas siltuma nodošanu, izmantojot Grafēns izkliedētas nanofluids. Nanoscale pētniecības vēstules 6:289, 2011.
  • Bang, J. H.; Ar ultraskaņu (2010): ultraskaņas pielietojumi Nanostrukturēto materiālu sintēzei. Advanced materiāli 22/2010. 1039-1059. lpp.
  • Choi, E. Y.; Hans, T. H.; , J. Kims, J. E. Lee, S. H.; Kim, H. W.; Kim, S. O. (2010): Noncovalentā funkcionalizācija grafēna ar gala funkcionālo polimēru. Materiālu žurnāls ķīmijas 20/2010. 1907-1912. lpp.
  • Geim, A. K. (2009): Grafēns: statuss un perspektīvas. Zinātne 324/2009. 1530-1534. lpp. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Zaļa, A.; Hersam, M. C. (2010): jaunās metodes Monodisperse Graphene dispersiju ražošanai. Journal fizikālās ķīmijas vēstules 2010. 544-549. lpp.
  • ... Zhu, S.; Čena, Z.; Li, Y.; , Z.; Un, Liu, Q.; , R.; Feng, C.; Zhang, D. (2011): SONOCHEMICAL TiO sintēze (2 nanodaļiņas uz grafēnu, ko izmanto kā fotokatalizatoru
  • Kula, K. UL; Sandbergs, M. O.; Nur, O.; Willander, M. (2011): grafēna suspensiju stabilizācija. Nanoscale pētniecības vēstules 6:493, 2011.
  • Liu, X.; Pan, L.; LV, T.; , G.; Lu, T.; Saule, Z.; Saule, C. (2011): ar mikroviļņu palīdzību sintezēja TiO2-samazināta grafēna oksīda kompozītu, kas paredzēts CR (VI) fotokatalītiskajam samazinājumam. RSC avansi 2011.
  • Maliga, J.; Un, , A.; Guldi, M. (2011): Grafenes slapjā ķīmija. Elektroķīmijas biedrības saskarsme, pavasaris 2011. 53-56. lpp.
  • Oh, W. CH.; Čena, M. L.; Kīts, K.; ... Jang, W. K. (2010): ietekme termiskās un ultraskaņas ārstēšanas par Grafēna oksīda Nanolokšņu veidošanos. Journal no Korejas fiziskā biedrība 4/56, 2010. 1097-1102. lpp.
  • Sametbands, M.; Shimanovich, U.; Gedanken, A. (2012): Grafēna oksīda mikrosfēras, ko sagatavo vienkārša viena soļa ultrasonikācijas metode. Jauns Vēstnesis ķīmijas 36/2012. 36-39. lpp.
  • Ozovs, M. V.; Mochalin, V. N.; Jaroshenko, A. P.; Lazareva, N. I.; Konstanitinova, T. E.; Baruskov, I. V.; Prokofjevs, I. G. (2007): oglekļa nanoscruļļi, ko ražo no akceptveida grafīta intercalācijas savienojumiem. Oglekļa 45/2007. 2797-2800. lpp.
  • , S. Dain, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; , A.; Jia, Y.; Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. (2007): uz grafola bāzētu nanolokšņu sintēze, izmantojot ķīmiski reducēta grafīta oksīda ķīmisko samazinājumu. Oglekļa 45/2007. 1558-1565. lpp.
  • , V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanokompozīta kā augstas veiktspējas Photokatalizatori. In: fiziskā ķīmijas žurnāls C 115/2011. 25209-25218. lpp.
  • , C. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia ķīmisko tehnoloģiju; 4. Ed. J. Wiley & Dēli: New York, 1998, Vol. 26, PP. 517-541.
  • Viculis, L. M.; Maks, Dž. Kaner, R. B. (2003): ķīmiskais ceļš uz oglekļa Nanoscrolls. Zinātne, 299/1361; 2003.
  • Sju, H.; Susliks, K. S. (2011): Funkcionalizēta Graphenes SONOCHEMICAL sagatavošana. In: Vēstnesis American Chemical Society 133/2011. 9148-9151. lpp.
  • Zhang, a. Viņ, W.; Jing, X. (2010): stabilas Grafenes dispersijas sagatavošana ar augstu koncentrāciju ultraskaņu. Journal fizikālās ķīmija B 32/114, 2010. 10368-10373. lpp.
  • , L., Zhang, L.; Wang, X.; Diankov, G.; Dai, H. (2009): šaurs Grafēns nanoribbons no oglekļa nanocaurulēm. Daba 458/2009. 877-880. lpp.
  • Park, G.; Lee, K. G.; Lī, S. Dž.; Park, T. J.; Wi, R.; Kim, D. H. (2011): Graphene-Gold Nanokompozītu sintēze, izmantojot SONOCHEMICAL reducēšanu. Nanozinātņu un nanotehnoloģiju Vēstnesis 7/11, 2011. 6095-6101. lpp.
  • Zhang, R.Q.; De sakar, A. (2011): teorētiskie sagatavošanas pētījumi un Grafenes segmentu adsorbcija. In: M. Sergey (Ed.): fizika un pielietojums Graphene-teorija. InTech 2011. 3-28. lpp.