Ūdens bāzes Graphene pīlings
Ultraskaņas pīlings ļauj ražot dažu slāņu grafēnu, neizmantojot skarbus šķīdinātājus, izmantojot tikai tīru ūdeni. Augstas jaudas ultraskaņas apstrāde delaminates grafēna loksnes īsā procedūrā. Izvairīšanās no šķīdinātājiem pārvērš grafēna pīlingu zaļā, ilgtspējīgā procesā.
Grafēna ražošana, izmantojot šķidrās fāzes pīlingu
Graphene tiek komerciāli ražots, izmantojot tā saukto šķidrās fāzes pīlingu. Grafēna šķidrās fāzes pīlingam nepieciešams izmantot toksiskus, videi kaitīgus un dārgus šķīdinātājus, ko izmanto kā ķīmisku pirmapstādi vai kombinācijā ar/ar mehānisku dispersijas tehniku. Grafēna lokšņu mehāniskai dispersijas gadījumā ultrasonication ir izveidota kā ļoti uzticama, efektīva un droša tehnika, lai ražotu augstas kvalitātes grafēna loksnes lielos daudzumos pilnībā rūpnieciskā līmenī. Tā kā skarbo šķīdinātāju izmantošana vienmēr ir saistīta ar izmaksām, piesārņojumu, kompleksu aizvākšanu un apglabāšanu, drošības apsvērumiem, kā arī vides slogu, netoksiska un drošāka alternatīva ir ievērojami izdevīga. Tāpēc Grafēna pīlings, izmantojot ūdeni kā šķīdinātāju un jaudas ultraskaņu dažu slāņu grafēna lokšņu mehāniskai dezaminācijai, ir ļoti daudzsološa tehnika zaļā grafēna ražošanai.
Parastie šķīdinātāji, kurus bieži izmanto kā šķidro fāzi, lai disperģētu grafēna nanoloksnes, ir dimetilsulfoksīds (DMSO), N,N-dimetilformamīds (DMF), N-metil-2-pirolidons (NMP), tetrametilurea (TMU), tetrahidrofurāns (THF), propilēna karbonātaacetons (PC), etanols un formamīds.
Kā jau ilgtermiņa izveidota tehnika grafēna pīlings komerciālā mērogā, ultrasonication ļauj ražot augstas kvalitātes grafēnu augstas tīrības ar zemām izmaksām. Tā kā ultraskaņas grafēna pīlingu var pilnībā lineāri mērogot uz jebkuru tilpumu, augstas kvalitātes grafēna pārslu ražošanas ražu var viegli īstenot grafēna masveida ražošanai.
Uz UIP2000hdT ir 2kW spēcīgs ultraskaņas izkliedētājs grafēna pīlingam un dispersijas.
Ultraskaņas pīlings Grafēna ūdenī
Tyurnina et al. (2020) pētīja amplitūdas un ultraskaņas intensitātes ietekmi uz tīriem ūdens grafīta šķīdumiem un no tā izrietošo grafēna pīlingu. Pētījumā viņi izmantoja Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Ultraskaņas pīlings, izmantojot ūdeni, tika piemērots kā viena soļa process dažiem slāņu grafēna delaminācijai. Īsa 2h apstrāde bija pietiekama, lai radītu dažu slāņu grafēnu atvērtā biķera ultraskaņas iestatījumā.
Ātrdarbīga kadru secība (no a līdz f), kas ilustrē grafīta pārslas sonomehānisku pīlingu ūdenī, izmantojot UP200s, 24 kHz ultrasonikatoru ar 3 mm sonotrode. Bultas parāda sadalīšanas (pīlinga) vietu ar KAVITĀCIJAS burbuļiem, kas iekļūst sadalījumā.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
Ultraskaņas Graphene pīlinga optimizācija
Tyurnina et al. (2020) izmantoto ultraskaņas iestatījumu var viegli optimizēt, lai iegūtu lielāku efektivitāti un ātrāku pīlingu, izmantojot slēgtu ultraskaņas reaktoru caurplūdes režīmā. Ultraskaņas inline apstrāde ļauj ievērojami vienveidīgāk ultraskaņu apstrādāt visas grafīta izejvielas: barojot grafīta / ūdens šķīdumu tieši ultraskaņas kavitācijas slēgtajā telpā, viss grafīts kļūst vienmērīgi apstrādāt ultraskaņu, kā rezultātā augstas kvalitātes grafēna pārslas ir augstas kvalitātes.
Hielscher Ultrasonics sistēmas ļauj precīzi kontrolēt visus svarīgos apstrādes parametrus, piemēram, amplitūdu, laiku / aizturi, enerģijas ievadi (Ws / ml), spiedienu un temperatūru. Nosakot optimālos ultraskaņas parametrus, iegūst visaugstāko ražu, kvalitāti un vispārējo efektivitāti.
Kā ultrasonication veicina Graphene pīlings
Kad augstas jaudas ultraskaņas viļņi tiek savienoti grafīta pulvera un ūdens vai jebkura šķīdinātāja vircā, sonomehāniskie spēki, piemēram, augsta bīde, intensīvas turbulences un augsta spiediena un temperatūras atšķirības rada enerģētiski intensīvus apstākļus. Šie enerģētiski intensīvie apstākļi ir akustiskās kavitācijas fenomena rezultāts. Vairāk par ultraskaņas kavitāciju lasi šeit!
Jaudas ultraskaņa ierosina grafīta pulvera paplašināšanos, jo šķidrumi tiek nospiesti starp grafēna slāņiem, no kuriem sastāv grafīts. Ultraskaņas bīdes spēki delaminate atsevišķas loksnes grafēna un izkliedēt tos kā grafēna pārslas šķīdumā. Lai panāktu grafēna ilgtermiņa stabilitāti ūdenī, ir nepieciešama virsmaktīvā viela.
Grafēna pīlinga ultraskaņas šķidrās fāzes pīlinga mehnizms.
Tyurnina et al., 2021.
Augstas veiktspējas ultrasonikatori Graphene pīlingam
Hielscher ultrasonikatoru viedās iezīmes ir paredzētas, lai garantētu uzticamu darbību, reproducējamus rezultātus un lietotājam draudzīgumu. Operatīvajiem iestatījumiem var viegli piekļūt un tos var izsaukt, izmantojot intuitīvu izvēlni, kurai var piekļūt, izmantojot digitālo krāsu skārienjutīgo displeju un pārlūkprogrammas tālvadības pulti. Tāpēc visi apstrādes apstākļi, piemēram, neto enerģija, kopējā enerģija, amplitūda, laiks, spiediens un temperatūra, tiek automātiski reģistrēti iebūvētajā SD kartē. Tas ļauj pārskatīt un salīdzināt iepriekšējos ultraskaņas braucienus un optimizēt grafēna pīlinga procesu līdz augstākajai efektivitātei.
Hielscher Ultrasonics sistēmas tiek izmantotas visā pasaulē augstas kvalitātes grafēna lokšņu un grafēna oksīdu ražošanai. Hielscher rūpnieciskie ultrasonikatori var viegli darbināt augstas amplitūdas nepārtrauktā darbībā (24/7/365). Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti ģenerēt ar standarta sonotrodes (ultraskaņas zondes / ragi un cascatrodesTm). Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodi. Sakarā ar to izturību un zemu apkopi, mūsu ultraskaņas pīlinga sistēmas parasti tiek uzstādītas lieljaudas lietojumiem un prasīgā vidē.
Hielscher ultraskaņas procesori grafēna pīlingam jau ir uzstādīti visā pasaulē komerciālā mērogā. Sazinieties ar mums tagad, lai apspriestu savu grafēna ražošanas procesu! Mūsu pieredzējušie darbinieki labprāt dalīsies ar plašāku informāciju par pīlinga procesu, ultraskaņas sistēmām un cenām!
Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:
| partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamie ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200 ml / min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 0.2 līdz 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100 l | 2 līdz 10 l / min | UIP4000hdT |
| nav | | 10 līdz 100 l / min | UIP16000 |
| nav | | lielāks | klasteris UIP16000 |
Sazinies ar mums! / Uzdot mums!
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus lietojumprogrammu sajaukšanai, dispersijai, emuulģēšanai un ekstrakcijai laboratorijā, pilotā un rūpnieciskajā mērogā.
Literatūra/atsauces
- 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.
Fakti ir vērts zināt
Graphene
Graphene ir monoslāni no SP2-ar oglekli sasaistīti oglekļa atomi. Graphene piedāvā unikālas materiāla īpašības, piemēram, neparastu lielu specifisku virsmas laukumu (2620 m2G-1), izcilas mehāniskas īpašības ar Young ' s moduli 1 TPA un raksturīgo izturību 130 GPA, ļoti augsta elektroniska vadītspēja (istabas temperatūras elektronu mobilitāte 2,5 x 105 cm2 V-1Asv-1), ļoti augsta siltumvadītspēja (virs 3000 W m K-1), lai nosaukt svarīgākās īpašības. Pateicoties tā izcilo materiālu īpašībām, Grafēns ir stipri izmantots, attīstot un ražojot augstas veiktspējas baterijas, kurināmā elementus, saules baterijas, suprakondensētus, ūdeņraža krātuvēm, elektromagnētiskajiem vairogiem un elektroniskām ierīcēm. Turklāt Grafēns ir iestrādāts daudzos nanokompozītu un kompozītmateriālos, kas ir stiprinoša piedeva, piemēram, polimēriem, keramikas un metāla matricēm. Pateicoties tā augstajai vadītspējai, Grafēns ir svarīga vadošu krāsu un tinšu sastāvdaļa.
Ātrā un drošā Ultraskaņas sagatavošana defektu-Free Graphene lielos apjomos ar zemām izmaksām, ir iespējams paplašināt grafēna pielietojumu arvien vairāk un vairāk nozarēs.
Graphene ir viena atoma bieza oglekļa kārta, ko var raksturot kā viena slāņa vai 2D struktūru Grafēns (vienslāņa Grafēns = SLG). Graphene ir ārkārtīgi lielu īpašu virsmas laukumu un Superior mehāniskās īpašības (Young ' s moduli 1 TPA un raksturīgo izturību 130 GPA), piedāvā lielisku elektronisko un siltuma vadītspēju, maksas pārvadātājs mobilitāte, pārredzamību, un tas ir gāzes necaurlaidīgas. Šo materiālu īpašību dēļ Grafēns tiek izmantots kā pastiprinoša piedeva, lai piešķirtu kompozītmateriāliem savu izturību, vadītspēju utt. Lai apvienotu grafēna īpašības ar citiem materiāliem, Grafēns ir izkliedēts saliktajā vietā vai to uzklāj kā plānas plēves pārklājumu uz substrāta.
Augstas veiktspējas ultrasonikācija! Hielscher produktu klāsts aptver pilnu spektru no kompaktā laboratorijas ultrasonatora pār galda vienībām līdz pilnas rūpniecības ultraskaņas sistēmām.