Ultrasone Peeling van Water-dispergeerbare Grafeen

  • Mono- en bi-layer grafeen nanosheets kunnen snel worden geproduceerd via ultrasone peeling met hoge doorvoer en lage kosten.
  • Ultrasoon geëxpandeerd grafeen kan worden gefunctionaliseerd met biopolymeren om in water dispergeerbare grafeen verkrijgen.
  • Door ultrasone cavitatie kan het gesynthetiseerde grafeen verder worden verwerkt tot een stabiele watergedragen dispersie.

Ultrasone Peeling van hoge kwaliteit Grafeen

Ultrasone trillingen is een betrouwbare methode om grafeen lagen (mono-, bi- en weinig lagen grafeen) vanaf grafietvlokken of deeltjes. Terwijl andere gebruikelijke afschilfering technieken zoals kogel- en walsmolens of high-shear mixers zijn gekoppeld aan lage kwaliteit en het gebruik van agressieve reagentia en oplosmiddelen, de ultrasone peeling werkwijze overtuigd door zijn hoge printkwaliteit, hoge procescapaciteit en milde verwerkingsomstandigheden.
Ultrasone cavitatie creëert intense schuifkrachten, die de gestapelde grafietlagen scheiden in mono-, bi- en paar lagen defectvrij grafeen.

Waterdispergeerbare grafeenvellen via Sonicatie

Sonificatie met behulp van een ultrasone sonde is een efficiënte methode om monolaag grafeen-nanosheets te exfoliëren en uniform te dispergeren. Met ultrasone functionalisering kan waterdispergeerbaar grafeen worden geproduceerd.Ultrasoonbehandeling is een effectieve procedure met herhaalbare resultaten om carbonnanobuizen in water of organische oplosmiddelen te ontwarren.[/caption]Onder normale omstandigheden is grafeen nauwelijks dispergeerbaar in water en vormt het aggregaten en agglomeraten wanneer het in een waterig medium wordt gedispergeerd. Aangezien waterige systemen belangrijke voordelen hebben: ze zijn goedkoop, niet-toxisch en milieuvriendelijk, zijn grafeen-systemen op waterbasis zeer aantrekkelijk voor grafeenproducenten en de verwerkende industrie.
Om water dispergeerbare grafeen nanosheets verkrijgen, wordt het ultrasoon geëxpandeerd grafeen gemodificeerd met polysachariden / biopolymeren zoals pullulan, chitosan, alginaat, gelatine of Arabische gom.

voordelen:

  • hoge kwaliteit grafeen
  • hoge opbrengst
  • Watergedragen dispersie
  • hoge concentratie
  • hoge efficiëntie
  • snel proces
  • goedkoop
  • hoge doorvoer
  • milieuvriendelijk

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


7kW ultrasone dispergeren voor inline grafeen productie (klik om te vergroten!)

Ultrasone reactor met sonde-type ultrasoneators voor grafeenexfoliatie op industriële schaal

Protocol van directe afbladdering van grafiet met behulp van ultrasone trillingen

Niet-ionisch pullulan en anionisch alginaat (1,0 g) werden afzonderlijk opgelost in 20 ml gedistilleerd water, terwijl kationisch chitosan (0,4 g) werd opgelost in 20 ml gedistilleerd water met 1 wt% azijnzuur. Grafietpoeder werd gedispergeerd in de waterige biopolymeeroplossingen en behandeld met een ultrasoonapparaat van het probe-type UP200S (maximaal vermogen 200 W, frequentie 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Duitsland), uitgerust met een titanium sonotrode (microtip S3, tipdiameter 3 mm, maximale amplitude 210 µm, akoestische vermogensdichtheid of oppervlakte-intensiteit 460 W cm-2) onder de volgende omstandigheden: 0,5 cyclus en 50% amplitude, gedurende respectievelijk 10, 20, 30 en 60 min. De beste resultaten werden verkregen bij 30 minuten sonificatie. De sonificatie werd toegepast bij een vermogen van 16,25 W gedurende 30 minuten, met een energieverbruik (energie-output per volume-eenheid) van 731 Ws ml-1.
Vervolgens werden de mengsels gecentrifugeerd bij 1500 rpm gedurende 60 minuten om niet-gefolieerde grafietdeeltjes te verwijderen en vervolgens 5 maal gewassen en nogmaals gecentrifugeerd bij 5000 rpm gedurende 20 minuten om overtollige biopolymeren te verwijderen. De resulterende donkergrijze oplossingen werden onder vacuüm gedroogd bij 40ºC totdat er geen massa meer verloren ging. De resulterende polymeer-grafeenpoeders werden opnieuw gedispergeerd in water (1 mg ml-1 voor pullulan en chitosan; 0,18 mg ml-1 voor alginaat) voor karakterisering. Grafeenvellen verkregen door pullulan-, alginaat- en chitosan-ondersteunde ultrasoonbehandeling werden respectievelijk pull-G, alg-G en chit-G genoemd.
Van de drie systemen, pullulan en chitosan effectiever waren in afschilfering van grafiet dan alginaat. Deze werkwijze gaf afgebladderd mono-, bi-, en enkele lagen grafeen vellen met lage laterale (randen) defecten. De adsorptie van biopolymeren aan grafeen oppervlak verschaft een langdurige stabiliteit (meer dan 6 maanden) van de waterige dispersie.
(cf. Unalan et al. 2015)

Ultrasone grafeenexfoliatie in water

Een snelle reeks beelden (van a tot f) die de sonomexfoliatie van een grafietschilfer in water illustreert. met behulp van de UP200S, een ultrasoonapparaat van 200 W met een sonotrode van 3 mm. Pijlen tonen de plaats van splitsing (exfoliatie) met cavitatiebelletjes die de splitsing binnendringen.
(Studie en foto's: © Tyurnina et al. 2020

Ultrasone afschilfering van in water dispergeerbare grafeen nanosheets (Unalan et al. 2015)

TEM beelden van pull-G: (a) 10 min; (B) 20 min; (C) 30 min; (D) 60 min; (E) chit-G gedurende 30 min; (F) ALG-G gedurende 30 minuten. (Unalan et al. 2015)

Ultrasone apparaten voor grafeenafschilfering

De industriële Ultrasonicator UIP6000hdT levert 6000 watt ultrageluid van hoge intensiteit via een sonde (sonotrode) voor homogenisering, dispersie, emulsificatie en extractie toepassingen.Hielscher ultrasone processoren met hoog vermogen worden wereldwijd gebruikt voor de succesvolle exfoliatie en dispersie van grafiet en grafeen. Onze ultrasone dispersoren zijn beschikbaar van laboratorium en bench-top tot volledige industriële productie-eenheden. Naast robuustheid, 24/7 werking en weinig onderhoud, overtuigen Hielscher ultrasoonprocessoren door hoog verwerkingsgemak en lineaire schaalbaarheid.
Processen kunnen gemakkelijk worden getest en geoptimaliseerd in het lab. Daarna kunnen alle proces resultaten worden geschaald volledig lineair commerciële productie-niveau. Dit maakt sonicatie een effectieve en efficiënte productiewerkwijze voor het grote aantal hoogwaardige grafeen vel.
De industriële ultrasoonprocessoren van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar. Bijpassende ultrasone reactoren zorgen voor een betrouwbare en veilige massaproductie van hoogwaardige grafeen-nanosheets en stabiele nanosheet-dispersies.

De robuustheid van ultrasone apparatuur Hielscher's zorgt voor 24/7 gebruik in zware en in veeleisende omgevingen.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

batch Volume Stroomsnelheid Aanbevolen apparaten
10 tot 2000 ml 20 tot 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 tot 20L 0.2 tot 4L / min UIP2000hdT
10 tot 100L 2 tot 10 l / min UIP4000
na 10 tot 100 l / min UIP16000
na grotere cluster van UIP16000

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik het onderstaande formulier om aanvullende informatie aan te vragen over ultrasone dispersoren voor nanosheet exfoliatie, grafeen-gerelateerde toepassingen, technische details en prijzen. Wij bespreken graag uw grafeenproductieproces met u en bieden u een ultrasoon dispergeerapparaat dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.


Intense ultrasoonbehandeling met een ultrasone sonde (sonotrode) is een zeer doeltreffende methode om grafeen-nanobladen te delamineren en te exfoliëren.

Mechanisme van ultrasone exfoliatie van 2D nanosheets.
(studie en grafiek: Tyurnina et al., 2020)



Feiten die de moeite waard zijn om te weten

Grafeen

grafeen sheet Grafeen is een monolaag van sp2-gebonden koolstofatomen. Grafeen biedt unieke eigenschappen van het materiaal, zoals een buitengewoon groot specifiek oppervlak (2620 m2g-1), Superieure mechanische eigenschappen met een elasticiteitsmodulus van 1 TPa en een intrinsieke sterkte van 130 GPa, een extreem hoge elektronengeleidingsvermogen (kamertemperatuur elektronenmobiliteit van 2,5 x 105 cm2 V-1s-1), Zeer hoge thermische geleidbaarheid (boven 3000 W m K-1), De belangrijkste eigenschappen te noemen. Door zijn uitstekende materiaaleigenschappen wordt grafeen intensief gebruikt in de ontwikkeling en productie van high performance batterijen, brandstofcellen, zonnecellen, supercondensator, waterstof opslag, elektromagnetische schilden en elektronische apparaten. Bovendien is grafeen opgenomen in vele nanocomposieten en samengestelde materialen versterkingsadditief, b.v. in polymeren, keramiek en metaal matrices. Door zijn hoge geleidbaarheid, grafeen is een belangrijk onderdeel van geleidende verf en inkt.
De snelle en veilige ultrasone bereiding van foutloze grafeen bij grote volumes tegen lage kosten mogelijk maakt voor de verbreding van de toepassingen van grafeen om meer en meer industrieën.

Literatuur / Referenties


Ultrasoon geluid met hoge prestaties! Hielscher's productassortiment bestrijkt het volledige spectrum van de compacte laboratorium ultrasoonmachine over bench-top units tot full-industriële ultrasoon systemen.

Hielscher Ultrasonics vervaardigt hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van Laboratorium naar industrieel formaat.


We zullen graag uw proces bespreken.

Laten we contact opnemen.