Hielscher Ultrasonics
We bespreken graag uw proces.
Bel ons: +49 3328 437-420
Mail ons: info@hielscher.com

Ultrasone dispersie van grafeen

Om grafeen in composieten te verwerken, is het essentieel om het grafeen te dispergeren of te exfoliëren tot enkelvoudige nanosheets, gelijkmatig verdeeld over de samenstelling. Hoe grondiger het grafeen wordt gedesagglomereerd, hoe beter de buitengewone materiaaleigenschappen kunnen worden benut. Ultrasone dispersie biedt een superieure deeltjesverdeling en dispersiestabiliteit, zelfs bij hoge concentraties en viscositeiten. Deze methode biedt een uitstekende dispersiekwaliteit, die conventionele mengtechnieken ver overtreft.

Ultrasone dispersie van grafeen

Om composieten te voorzien van de uitstekende eigenschappen van grafeen, zoals sterkte, moet grafeen gelijkmatig worden gedispergeerd in een matrix of als dunne filmlaag worden aangebracht op een substraat. Belangrijke factoren die van invloed zijn op de resulterende materiaaleigenschappen zijn onder andere agglomeratie, bezinking en de dispersie binnen de matrix of de deeltjesverdeling op het substraat.
Vanwege de hydrofobe aard van grafeen is het een uitdaging om een stabiele en sterk geconcentreerde dispersie te maken zonder oppervlakteactieve stoffen of dispergeermiddelen. Het overwinnen van van der Waals krachten vereist sterke schuifkrachten, die effectief kunnen worden opgewekt door ultrasone cavitatie. Deze methode is de meest geavanceerde voor het bereiden van stabiele dispersies.

Informatieaanvraag




Let op onze privacybeleid.




MultiSonoReactor MSR-5 uitgerust met 5x 4kW sonicators voor de verwerking van grafeen met hoge verwerkingscapaciteit

Industriële sonicators voor de snelle dispersie van grafeen.

Met behulp van een ultrasone dispergeerapparaat, zoals de 2kW sonicator UIP2000hdT, de 4kW sonicator UIP4000hdT, de 6kW sonicator UIP6000hdT, of de 16kW sonicator UIP16000hdT, is het mogelijk om eenvoudig grafeen te bereiden met een hoge elektrische geleidbaarheid (712 S-m-1), goede dispersie en hoge concentratie. Sonicatie maakt ook de bereiding van een stabiele grafeen-dispersie mogelijk bij een lage procestemperatuur van ongeveer 65°C.
 
Meer informatie en technische details over Hielscher industriële sonicators voor grafeenexfoliatie en -dispersie vindt u hier:

 
Sonde-type ultrasoon UP400St voor nanodeeltjesdispersie zoals grafeen nanoplaatjes in een stabiele waterige suspensie.Met alle Hielscher sonicators kunnen alle belangrijke procesparameters nauwkeurig worden geregeld. De ultrasone dispersietechnologie voorkomt beschadiging van de chemische en kristalstructuren van grafeen. – wat resulteert in ongerepte, defectvrije grafeenvlokken.
De krachtige Hielscher ultrasone machines kunnen grafeen en grafiet in grote volumes verwerken, bijvoorbeeld voor exfoliatie in vloeibare fase en grafeen dispersie. Dankzij de exacte controle over de procesparameters kunnen ultrasone processen naadloos worden opgeschaald van tafelmodel naar volledig commerciële productie.
Ultrasoon geëxfolieerd grafeen met weinig lagen met ongeveer 3-4 lagen en een grootte van ongeveer 1 μm kan (opnieuw) gedispergeerd worden bij concentraties van minstens 63 mg/mL.
 

Grafeennanoplaatjes kunnen met succes worden gesynthetiseerd en gedispergeerd via ultrasone verwerking.

SEM-afbeeldingen van grafeennanoplaatjes bij (b) X3000 en (c) X8000
(Studie en afbeeldingen: ©Alizadeh et al., 2018)

 

Voordelen:

  • grafeen van hoge kwaliteit
  • hoge doorvoer / hoge opbrengsten
  • uniforme verspreiding
  • hoge concentratie
  • hoge viscositeiten
  • snelle procedure
  • lage prijs
  • Zeer efficiënt
  • milieuvriendelijk
Krachtig ultrasoon dispergeersysteem (7x UIP1000hdT) om grafeen op industriële schaal te verwerken. (Klik om te vergroten!)

7kW ultrasone reactor voor grafeen-dispersies

Ultrasone homogenisatoren en dispergeerders voor grafeen

Hielscher Ultrasonics levert krachtige ultrasone systemen voor het exfoliëren en dispergeren van grafeen en grafiet in bulk tot mono-, bi- en enkellaags grafeen. Hun betrouwbare ultrasone processoren en geavanceerde reactoren leveren het benodigde vermogen en een nauwkeurige controle om specifieke procesdoelen te bereiken.

Een van de meest essentiële procesparameters is de ultrasone amplitude, dat is de trillingsverplaatsing bij de ultrasone hoorn. Hielscher industriële ultrasoonsensoren zijn ontworpen om zeer hoge amplitudes te leveren, met continue werking tot 200 µm. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasoonsondes verkrijgbaar. De procesparameters van alle Hielscher sonicators kunnen nauwkeurig worden aangepast aan de vereiste procescondities en worden bewaakt via ingebouwde software, waardoor een hoge betrouwbaarheid, consistente kwaliteit en reproduceerbare resultaten worden gegarandeerd. Het robuuste ontwerp van de Hielscher sonicators is gebouwd voor 24/7 gebruik in veeleisende omgevingen, waardoor sonicatie de voorkeurstechnologie is voor grootschalige productie van enkel- en meerlagige grafeen nanosheets.

Hielscher biedt een breed scala aan ultrasone apparaten en accessoires, waaronder sonotroden en reactoren van verschillende afmetingen en geometrieën. Hierdoor kunnen optimale reactieomstandigheden en factoren worden geselecteerd, zoals reagentia, ultrasone energie-input per volume, druk, temperatuur en debiet, om de hoogste kwaliteit te bereiken. Hun ultrasone reactoren kunnen onder druk worden gezet tot enkele honderden barg, waardoor sonificatie van zeer viskeuze pasta's (tot 250.000 centipoise) mogelijk wordt.

Deze mogelijkheden maken ultrasone delaminatie, exfoliatie en dispergeren superieur aan conventionele slijp- en freestechnieken.
 

De beste sonicators worden gemaakt door Hielscher Ultrasonics. Ze blinken uit in kracht, geavanceerde technologie en betrouwbaarheid.

Hielscher sonicators zijn de meest geavanceerde ultrasone homogenisators op de markt. Profiteer van de vele voordelen van Hielscher sonicators!

Grafiet exfoliatie met de sonde-type sonicator UP100H gaf ongerepte grafeen nanoplaatjes

Grafische weergave van de ultrasone synthese van grafeennanoplaatjes met de sonicator UP100H
(Studie en grafiek: Ghanem en Rehim, 2018)

 
Hielscher Sonicators voor grafeen:
 

  • ultrageluid met hoog vermogen
  • hoge schuifkrachten
  • hoge druk toepasbaar
  • nauwkeurige regeling
  • naadloze schaalbaarheid (lineair)
  • batch en doorstroom
  • reproduceerbare resultaten
  • betrouwbaarheid
  • robuustheid
  • hoge energie-efficiëntie

Meer informatie aanvragen

Gebruik het onderstaande formulier om meer informatie aan te vragen over sonicators van het probe-type voor het exfoliëren en dispergeren van grafeen, toepassingsadviezen en prijzen. We bespreken graag uw grafeengerelateerde proces met u en bieden u een ultrasone machine die aan uw eisen voldoet!









Let op onze privacybeleid.






Wetenswaardigheden

Wat is grafeen?

Grafeen is een koolstoflaag van één atoom dik, die kan worden beschreven als een éénlaagse of 2D-structuur van grafeen (single layer graphene = SLG). Grafeen heeft een buitengewoon groot specifiek oppervlak en superieure mechanische eigenschappen (elasticiteitsmodulus van 1 TPa en intrinsieke sterkte van 130 GPa), biedt een grote elektronische en thermische geleidbaarheid, mobiliteit van ladingsdragers, transparantie en is ondoordringbaar voor gassen. Vanwege deze materiaaleigenschappen wordt grafeen gebruikt als versterkend additief om composieten hun sterkte, geleidbaarheid, enz. te geven. Om de eigenschappen van grafeen te combineren met andere materialen, moet grafeen worden gedispergeerd in de samenstelling of wordt het als dunne filmlaag op een substraat aangebracht.
Gangbare oplosmiddelen, die vaak worden gebruikt als vloeibare fase om grafeennanosheets te dispergeren, zijn onder andere dimethylsulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), tetramethylureum (TMU, Tetrahydrofuraan (THF), propyleencarbonaataceton (PC), ethanol en formamide.

Kan grafeen worden gedispergeerd in water?

Ja, grafeen kan in water worden gedispergeerd met behulp van oppervlakteactieve stoffen, polymeren of andere stabiliserende middelen om aggregatie te voorkomen en de dispersiestabiliteit te behouden. Betrouwbare dispergeerapparatuur, zoals sonicators van het probe-type, spelen ook een cruciale rol bij de dispergeerbaarheid van grafeen door ultrasone energie te gebruiken om agglomeraten op te breken en de grootte van grafeenpartikels te verkleinen, waardoor een meer uniforme en stabiele dispersie in het vloeibare medium wordt bevorderd.

Kan grafeenoxide oplossen in water?

Ja, grafeenoxide kan oplossen in water vanwege de zuurstofhoudende functionele groepen, die de hydrofiliciteit versterken en waardoor het stabiele waterige dispersies kan vormen.

Wat is het beste oplosmiddel om grafeen te dispergeren?

Het beste oplosmiddel om grafeen te dispergeren is N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) vanwege de hoge polariteit en het vermogen om grafeenvellen te stabiliseren, wat resulteert in een uniforme en stabiele dispersie.

Waarom is grafeen onoplosbaar in water?

Grafeen is onoplosbaar in water omdat het functionele groepen mist die kunnen interageren met watermoleculen, waardoor het hydrofoob is en vatbaar voor aggregatie door sterke van der Waals krachten tussen grafeenvellen.

Waarom wordt grafeen gebruikt in composieten?

Grafeen is met een dikte van één atoom het dunst, met een gewicht van ongeveer 0,77 mg per 1 m.2 het lichtste en met een trekstijfheid van 150.000.000 psi (100-300 keer sterker dan staal) en een treksterkte van 130.000.000 Pascal het sterkste materiaal dat we kennen.
Bovendien is grafeen de beste warmtegeleider (bij kamertemperatuur met (4,84±0,44) × 103 tot (5,30±0,48) × 103 W-m-11-K-1) en de beste elektrische geleider (elektronenmobiliteit hoger dan 15.000 cm2-V-1-s-1).
Een andere belangrijke eigenschap van grafeen is zijn optische eigenschap met een lichtabsorptie van πα≈2,3% van wit licht, en zijn transparante uiterlijk.
Door grafeen in matrices te verwerken, kunnen die uitstekende materiaaleigenschappen worden overgedragen op het resulterende composiet, dat unieke functionaliteiten biedt. Dergelijke grafeenversterkte composieten bieden nieuwe mogelijkheden voor materiaalontwikkeling en industriële toepassingen. Vanwege deze eigenschappen worden grafeen en grafeencomposieten al op grote schaal gebruikt bij de productie van hoogwaardige batterijen, supercondensatoren, geleidende inkten, coatings, fotovoltaïsche systemen en elektronische apparaten.
Hielscher sonicators leveren de vereiste hoge schuifkrachten om van der Waals krachten te overwinnen en zo grafeen nanosheets gelijkmatig te verdelen in composietmatrices. Ultrasone dispergeerapparaten zoals de UIP2000hdT of UIP16000 worden gebruikt om met grafeen en grafeenoxide versterkte nanocomposieten te maken.

Literatuur/referenties


Ultrasoon systeem met hoge prestaties! Het productassortiment van Hielscher omvat het volledige spectrum van compacte laboratorium-ultrasoneersystemen via werkbankmodellen tot volledig industriële ultrasone systemen.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.

We bespreken graag uw proces.

Let's get in contact.