Grafeenoxide – Ultrasone exfoliatie en dispersie
Grafeenoxide is wateroplosbaar, amfifiel, niet-toxisch, biologisch afbreekbaar en kan gemakkelijk worden gedispergeerd in stabiele colloïden. Ultrasone afschilfering en dispersie is een zeer efficiënte, snelle en kosteneffectieve methode om grafeenoxide op industriële schaal te synthetiseren, te dispergeren en te functionaliseren. Bij de verdere verwerking produceren ultrasone dispergeermiddelen hoogwaardige grafleenoxide-polymeercomposieten.
Ultrasone Peeling Van Grafeen Oxide
Om de grootte van grafeen oxide (GO) nanosheets regelen, afschilfering werkwijze speelt een belangrijke factor. Door zijn nauwkeurig beheersbare procesparameters, ultrasone afschilfering is de meest gebruikte techniek voor delaminering de productie van hoogwaardige grafeen en grafeen oxide.
Voor het ultrasone afschilfering grafeen oxide van grafietoxide verschillende protocollen beschikbaar. Zoek een voorbeeld onderstaande beschrijving:
Grafiet oxidepoeder gemengd in waterig KOH met pH 10. Voor de afschilfering en daaropvolgende verspreiding, het probe-type ultrasoonapparaat UP200St (200W) is gebruikt. Daarna worden K + ionen bevestigd aan het grafeen basisvlak een verouderingsproces induceren. De veroudering wordt gerealiseerd onder rotatieverdamping (2 h). Om te hoge K + ionen te verwijderen, wordt het poeder gewassen en verschillende keren gecentrifugeerd.
Het verkregen mengsel wordt gecentrifugeerd en gevriesdroogd, waardoor een dispergeerbaar grafeen oxidepoeder neerslaat.
Bereiding van een geleidende pasta GO: de grafeen oxidepoeder kan worden gedispergeerd in dimethylformamide (DMF) onder sonicatie om een geleidende pasta te produceren. (Han et al.2014)
Grafeenoxide – Afschilfering (Pic .: Potts et al. 2011)
Ultrasone Dispergeren van Grafeen Oxide
Ultrasone functionalisering van Grafeen Oxide
Sonicatie wordt succesvol gebruikt om grafeen oxide (GO) incorporeren in polymeren en composieten.
Voorbeelden:
- grafeen oxide-TiO2 microbolletjes composiet
- polystyreen-magnetiet grafeen Composietmateriaal (kern-mantel structuur)
- polystyreen grafeen oxide composieten
- polyaniline nanovezel gecoate polystyreen / grafeen oxide (PANI-PS / GO) kern-schil composiet
- -Polystyreen geïntercaleerd grafeen oxide
- p-fenyleendiamine-4vinylbenzen polystyreen gemodificeerd grafeen oxide
Ultrasoon stelsel grafeen oxide afschilfering
Ultrasone systemen voor grafeen en grafeen Oxide
Hielscher Ultrasonics biedt hoogvermogen ultrasone systemen voor afschilfering, dispersie en downstream processing grafeen en grafeen oxide. Betrouwbare ultrasone processors en geavanceerde reactoren leveren het vereiste vermogen, procesomstandigheden als wel als nauwkeurige controle, zodat de ultrasone proces resultaten exact kan worden afgestemd op de gewenste proces doelen.
Een van de belangrijkste procesparameters is de ultrasone amplitude, hetgeen de vibrationele expansie en contractie in de ultrasone sonde. Hielscher's industriële ultrasone systemen zijn gebouwd om zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes van maximaal 200 urn kan gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24/7 operatie. Voor nog hogere amplituden, Hielscher biedt aangepaste ultrasone sondes. Al onze ultrasone processors kan exact worden aangepast aan de vereiste procescondities en gemakkelijk gevolgd via de ingebouwde software. Dit garandeert de hoogste betrouwbaarheid, consistente kwaliteit en reproduceerbare resultaten. De robuustheid van ultrasone apparatuur Hielscher's zorgt voor 24/7 gebruik in zware en in veeleisende omgevingen. Dit maakt sonicatie de gewenste productie-technologie voor de grootschalige bereiding van grafeen, grafeen oxide en grafietachtige materialen.
Met een breed assortiment van ultrasonicators en toebehoren (zoals sonotrodes en reactoren met verschillende afmetingen en geometrieën), de meest geschikte reactieomstandigheden en factoren (bv reagentia, ultrasone energie die per volume, druk, temperatuur, stroomsnelheid, etc.) kunnen worden gekozen om de hoogste kwaliteit te verkrijgen. Sinds onze ultrasone reactoren kan worden op een druk van enkele honderden barg, de sonicatie van hoogviskeuze pasta met 250.000 centipoise is geen probleem voor Hielschers ultrasone systemen.
Vanwege deze factoren, ultrasone delaminatie / afschilfering en dispergeren blinkt de conventionele mengen freestechnieken.
- hoge spanning
- hoge afschuifkrachten
- hoge drukken toepassing
- nauwkeurige controle
- naadloze schaalbaarheid (lineair)
- batch en continue
- reproduceerbare resultaten
- betrouwbaarheid
- robuustheid
- hoog energierendement
Literatuur / Referenties
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthese van nanometrische grafeen oxide en effecten bij toevoeging van Mg2de4 keramisch. 10e SPBMat Brazilië.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016) Ultrasoon Assisted Synthese van Verminderde grafeen oxide in glucoseoplossing omvat. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J.M. Fair, Ecorchard P. (2014): Ultrasound afschilfering van anorganische analogen grafeen. Nanoscale Research Letters 9 (1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Bereiding van grafeen met behulp van een intense cavitatieveld een druk Ultrasonic Reactor. Chemistry - A European Journal 18 (44), 2012. 14.047-14.054.
- 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): Grafeen-gebaseerde polymeer nanocomposieten. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011 5-25.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
Echografie en cavitatie: How Graphite is geëxpandeerd om Grafeen Oxide onder Ultrasoonbehandeling
Ultrasone afschilfering van grafietoxide (GRO) is gebaseerd op de hoge afschuifkracht opgewekt door akoestische cavitatie. Akoestische cavitatie ontstaat door de afwisselende hoge druk / lage druk cycli die worden gegenereerd door de koppeling van krachtige ultrasone golven in een vloeistof. Tijdens de lage drukwisselingen occure zeer kleine holten of vacuumbelletjes, die groeien via alternerende lagedruk cycli. Wanneer het vacuüm bubbels bereiken een maat waar ze meer energie niet kan absorberen, ze instorten hevig tijdens een hoge drukcyclus. De bubble implosie leidt tot cavitatie schuifkrachten en stress golven, extreme temperaturen tot 6000K, extreme koelsnelheden boven 1010K / s, zeer hoge drukken tot 2000atm, extreme drukverschillen en vloeistofstralen met tot 1000 km / h (~280m / s).
Die intense krachten in op het grafiet stapels, welke worden gedelamineerd in enkel- of enkele lagen grafeen oxide en ongerepte grafeen nanosheets.
Grafeenoxide
Grafeen oxide (GO) wordt gesynthetiseerd door scrubben grafiet oxide (GRO). Terwijl graphite oxide een 3D-materiaal bestaande uit miljoenen lagen grafeen lagen geïntercaleerd zuurstofatomen, grafeen oxide een mono- of enkele lagen grafeen die zuurstof aan beide zijden.
Grafeen oxide en grafeen verschillen van elkaar in de volgende eigenschappen: grafeen oxide polair, terwijl grafeen niet polair. Grafeen oxide hydrofiel, terwijl grafeen hydrofoob.
Dit betekent grafeen oxide in water oplosbaar, amfifiel, niet-toxisch, biologisch afbreekbaar en vormen stabiele colloïdale suspensies. Het oppervlak van grafeen oxide bevat epoxy-, hydroxyl- en carboxylgroepen, die beschikbaar zijn voor interactie met kationen en anionen. Vanwege hun unieke organische-anorganische hybride structuur afwijkende eigenschappen, GO-polymeercomposieten hoge potentie voor vele industriële toepassingen. (Tolasz et al. 2014)
Verminderde Grafeen Oxide
Gereduceerd grafeenoxide (rGO) wordt geproduceerd door middel van ultrasone, chemische of thermische reductie van grafeenoxide. Tijdens de reductiestap worden de meeste zuurstoffunctionaliteiten van grafeenoxide verwijderd, zodat het resulterende gereduceerde grafeenoxide (rGO) zeer vergelijkbare kenmerken heeft als oorspronkelijk grafeen. Gereduceerd grafeenoxide (rGO) is echter niet defectvrij en zuiver als zuiver grafeen.