Grafeen peeling op waterbasis

Ultrasone exfoliatie maakt het mogelijk om grafeen van enkele lagen te produceren zonder het gebruik van agressieve oplosmiddelen en met alleen zuiver water. High-power sonicatie delamineert grafeenvellen binnen een korte behandeling. Het vermijden van solventen maakt van grafeenexfoliatie een groen, duurzaam proces.

Grafeenproductie via vloeibare fase-exfoliatie

Ultrasonic disperser UIP4000hdT for commercial graphene exfoliation in continuous flowGrafeen wordt commercieel vervaardigd via zogenaamde vloeibare fase-exfoliatie. Vloeistoffase-exfoliatie van grafeen vereist het gebruik van giftige, milieuonvriendelijke en dure oplosmiddelen, die worden gebruikt als chemische voorbehandeling of in combinatie met/bij een mechanische dispersietechniek. Voor de mechanische dispersie van de grafeenvellen is ultrasoonbehandeling een uiterst betrouwbare, efficiënte en veilige techniek gebleken om grafeenvellen van hoge kwaliteit in grote hoeveelheden te produceren op volledig industrieel niveau. Aangezien het gebruik van agressieve solventen altijd gepaard gaat met kosten, verontreiniging, complexe verwijdering, veiligheidsrisico's en milieubelasting, is een niet-toxisch en veiliger alternatief een groot voordeel. Grafeen-exfoliatie met water als oplosmiddel en ultrageluid voor mechanische delaminatie van grafeenlagen is daarom een veelbelovende techniek voor een groene grafeenproductie.
Gangbare oplosmiddelen, die vaak worden gebruikt als vloeistoffase om grafeennanosheets te dispergeren, zijn dimethylsulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), tetramethylureum (TMU), tetrahydrofuraan (THF), propyleencarbonaataceton (PC), ethanol, en formamide.
Als reeds lang bestaande techniek voor grafeenexfoliatie op commerciële schaal maakt ultrasone exfoliatie de productie mogelijk van hoogwaardig grafeen met een hoge zuiverheid tegen lage kosten. Aangezien ultrasone grafeenexfoliatie volledig lineair kan worden opgeschaald naar elk volume, kan het productierendement van hoogwaardige grafeenvlokken gemakkelijk worden toegepast voor massaproductie van grafeen.

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasonic disperser UIP2000hdT, a 2000 watts powerful sonic system, for graphene exfoliation and dispersion.

De UIP2000hdT is een 2kW krachtige ultrasone dispergeermachine voor grafeen exfoliatie en dispersie.

Ultrasone afschilfering van grafeen in water

Tyurnina et al. (2020) onderzochten de effecten van amplitude en sonicatie-intensiteit op zuiver water-grafietoplossingen en de resulterende grafeenexfoliatie. In de studie gebruikten zij een Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Ultrasone exfoliatie met behulp van water werd toegepast als een enkele stap proces voor enkele laag grafeen delaminatie. Een korte behandeling van 2 uur was voldoende om enkele lagen grafeen te produceren in een open bekerglas sonicatie opstelling.

Ultrasonic graphene exfoliation in water

Een reeks ultrasnelle beelden (van a tot f) ter illustratie van de sono-mechanische exfoliatie van een grafietvlok in water met behulp van de UP200s, een 24 kHz ultrasoonapparaat met een sonotrode van 3 mm. Pijlen tonen de plaats van splitsing (exfoliatie) met cavitatiebelletjes die in de splitsing doordringen.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Optimalisatie van ultrasone grafeen-exfoliatie

Ultrasone processor UP200St met sonotrode en geslepen glas.De ultrasone opstelling gebruikt door Tyurnina et al. (2020) kan gemakkelijk worden geoptimaliseerd voor meer efficiëntie en snellere exfoliatie met behulp van een gesloten ultrasone reactor in flow-through mode. Ultrasone inline behandeling zorgt voor een aanzienlijk meer uniforme ultrasone behandeling van alle grafiet grondstof: het voeden van het grafiet / water oplossing direct in de afgesloten ruimte van ultrasone cavitatie, wordt alle grafiet uniform sonicated resulteert in een hoge opbrengst van hoge kwaliteit grafeen vlokken.
Hielscher ultrasoon systemen maken een nauwkeurige regeling mogelijk van alle belangrijke verwerkingsparameters zoals amplitude, tijd/retentie, energie-input (Ws/mL), druk en temperatuur. Het instellen van de optimale ultrasoonparameters resulteert in de hoogste opbrengst, kwaliteit en algehele efficiëntie.

Hoe bevordert ultrasonicatie de afschilfering van grafeen

Wanneer ultrageluidsgolven met hoog vermogen worden gekoppeld aan een slurry van grafietpoeder en water of een ander oplosmiddel, ontstaan door sonomechanische krachten zoals hoge afschuiving, intense turbulenties en hoge druk- en temperatuurverschillen, energie-intensieve omstandigheden. Deze energie-intensieve omstandigheden zijn het resultaat van het fenomeen van akoestische cavitatie. Lees hier meer over ultrasone cavitatie!
Het ultrageluid brengt de expansie van het grafietpoeder op gang, aangezien vloeistoffen worden geperst tussen de grafeenlagen waaruit grafiet is opgebouwd. De ultrasone afschuifkrachten delamineren de afzonderlijke grafeenlagen en verspreiden deze als grafeenvlokken in de oplossing. Om grafeen op lange termijn stabiel te houden in water, is een oppervlakte-actieve stof nodig.

Ultrasone dispersie van koolstofnanobuizen: De Hielscher ultrasonicator UP400S (400W) verspreidt en ontklit CNT's snel en efficiënt in enkele nanobuizen.

Ultrasonicator UP200St (200W) die roet in het water verspreidt met 1%wt Tween80 als oppervlakte-actieve stof.

 

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasoonmachines met hoge prestaties voor grafeen-exfoliatie

De slimme functies van Hielscher ultrasoonapparaten zijn ontworpen om een betrouwbare werking, reproduceerbare resultaten en gebruiksvriendelijkheid te garanderen. Operationele instellingen kunnen eenvoudig worden opgeroepen en gekozen via een intuïtief menu, dat toegankelijk is via een digitaal kleuren touch-display en browser-afstandsbediening. Alle verwerkingscondities zoals netto energie, totale energie, amplitude, tijd, druk en temperatuur worden automatisch geregistreerd op een ingebouwde SD-kaart. Hierdoor kunt u eerdere sonicatieruns herzien en vergelijken en het grafeenexfoliatieproces optimaliseren tot de hoogste efficiëntie.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Hielscher ultrasoon systemen worden wereldwijd gebruikt voor de productie van hoogwaardige grafeenvellen en grafeenoxiden. Hielscher industriële ultrasooninstallaties kunnen gemakkelijk hoge amplitudes in continubedrijf (24/7/365) draaien. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden gegenereerd met standaard sonotrodes (ultrasone sondes / hoorns en cascatrodesTM). Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotrodes beschikbaar. Door hun robuustheid en lage onderhoudskosten worden onze ultrasone peelingsystemen algemeen geïnstalleerd voor zware toepassingen en in veeleisende omgevingen.

Hielscher ultrasone processoren voor grafeenexfoliatie zijn wereldwijd al op commerciële schaal geïnstalleerd. Neem nu contact met ons op om uw grafeenproductieproces te bespreken! Onze ervaren medewerkers geven u graag meer informatie over het exfoliatieproces, de ultrasone systemen en de prijzen!

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

batch Volume Stroomsnelheid Aanbevolen apparaten
1 tot 500 ml 10 tot 200 ml / min UP100H
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 UIP4000hdT
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 processoren, toepassingen en prijs. Wij bespreken graag uw proces met u en bieden u een ultrasoon systeem aan dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.

Literatuur / Referenties

  • Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasone exfoliatie van grafeen in water: Een studie naar sleutelparameters. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
    (Beschikbaar onder een Creative Commons Naamsvermelding 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. Zie de volledige voorwaarden hier.)
  • Štengl V., Henych J.M. Fair, Ecorchard P. (2014): Ultrasound afschilfering van anorganische analogen grafeen. Nanoscale Research Letters 9 (1), 2014.
  • Unalan I.E., Wan C Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-geassisteerde snelle afschilfering van grafietplaatjes tot hoogwaardige waterdispergeerbare grafeen vel. RSC Advances 5, 2015. 26.482-26.490.
  • Klap, J. H .; Suslick, K. S. (2010): Toepassingen van Ultrasound bij de synthese van nanogestructureerde materialen. Advanced Materials 22/2010. blz. 1039-1059.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vláčil, P. (2011): TiO2-Graphene nanocomposiet als High Performance fotokatalysatoren. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. blz. 25209-25218.



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.
Grafeen is een één-atomige laag koolstof, die kan worden beschreven als een enkellaagse of 2D-structuur van grafeen (eenlagig grafeen = SLG). Grafeen heeft een buitengewoon groot specifiek oppervlak en superieure mechanische eigenschappen (Young's modulus van 1 TPa en intrinsieke sterkte van 130 GPa), biedt grote elektronische en thermische geleidbaarheid, ladingdraaggolfmobiliteit, transparantie en is ondoordringbaar voor gassen. Vanwege deze materiaaleigenschappen wordt grafeen als versterkend additief gebruikt om composieten de sterkte, geleidbaarheid, enz. Te geven. Om de eigenschappen van grafeen met andere materialen te combineren, moet grafeen in de verbinding worden gedispergeerd of als een dunne film coating worden aangebracht. op een substraat.


Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

Hoogwaardige ultrasonica! Het productassortiment van Hielscher bestrijkt het volledige spectrum van de compacte ultrasone labo's over bench-top units tot volledig industriële ultrasone systemen.