Hielscher ultralydteknologi

Ultrasonisk eksfoliering av vann-dispergerbar grafen

  • Mono- og bi-lag grafen nanosheets kan produseres raskt via ultralyd peeling med høy gjennomstrømning og til lav pris.
  • Ultrasonisk eksfoliert grafen kan funksjonaliseres med biopolymerer for å oppnå vanndispergerbar grafen.
  • Ved ultralydkavitasjon kan den syntetiserte grafen videre prosesseres til en stabil vannbasert dispersjon.

 

Ultrasonisk eksfoliering av høy kvalitet grafen

Ultralydbehandling er en pålitelig metode for å produsere grafenlag (mono-, bi- og få-lag grafen) fra grafittflak eller partikler. Mens andre vanlige eksfolieringsteknikker som ball- og valsemøller eller høyskjæringsblandere er knyttet til lav kvalitet og bruk av aggressive reagenser og løsningsmidler, overbeviser ultralydsplagemetoden med sin høye kvalitet, høy prosesskapasitet og milde behandlingsforhold.
Ultralydkavitasjon skaper intense skjærkrafter, som adskiller de stablede grafittlagene til mono-, bi- og få lag mangelfri grafen.

Vann-dispergerbare grafenark

Under normale forhold er grafen neppe dispergerbar i vann og danner aggregater og agglomerater når de dispergeres i vandig medium. Siden vandige systemer har betydelige fordeler med å være billige, ikke-giftige, miljøvennlige, vannbaserte grafensystemer, er svært attraktive for grafenprodusenter og nedstrømsindustrien.
For å oppnå vanndispergerbare grafen nanoskjeder, modifiseres den ultrasonisk eksfolierte grafen med polysakkarider / biopolymerer slik som pullulan, kitosan, alginat, gelatin eller gummi arabicum.

Fordeler:Grafene peeling med ultralyd dispergeringsenhet UP400St

  • høy kvalitet grafen
  • høyt utbytte
  • vannbasert dispersjon
  • høy konsentrasjon
  • høy effektivitet
  • rask prosess
  • lav pris
  • høy gjennomstrømming
  • miljøvennlig
7kW ultralyd dispergeringssystem for inline grafen produksjon (Klikk for å forstørre!)

Ultralydsystem for grafen-eksfoliering

Informasjonsforespørsel




Merk våre Personvernregler.


Protokol for direkte eksfoliering av grafitt

Ikke-ionisk pullulan og anionisk alginat (1,0 g) ble oppløst separat i 20 ml destillert vann (DI), mens kationisk kitosan (0,4 g) ble oppløst i 20 ml DI med 1 vekt% eddiksyre. Grafittpulver ble dispergert i de vandige biopolymer-oppløsninger og behandlet under anvendelse av en ultralydprosessor UP200S (maksimal effekt 200 W, frekvens 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Tyskland) utstyrt med en konisk frustum titan sonotrode (modellmikrospiss S3, spissdiameter 3 mm, maksimal amplitude 210μm, akustisk krafttetthet eller overflateintensitet 460 W cm-2) under de følgende betingelser: 0,5 syklus og 50% amplitude, i en periode på henholdsvis 10, 20, 30 og 60 minutter. Beste resultater ble oppnådd ved 30min sonikering. Sonikering ble påført ved kraften 16,25 W i 30 minutter, med energiforbruk (energiproduksjon per volum) på 731 Ws ml-1.
Deretter ble blandinger sentrifugert ved 1500 rpm i 60 minutter for å fjerne ueksploderte grafittpartikler og deretter vasket 5 ganger og igjen sentrifugert ved 5000 rpm i 20 minutter for å fjerne overskytende biopolymerer. De resulterende mørkegrå løsningene ble vakuumtørket ved 40 ° C til ingen massetap. De resulterende polymer-grafenpulver ble omdispergert i vann (1 mg ml-1 for pullulan og chitosan; 0,18 mg ml-1 for alginat) for karakterisering. Grafene ark oppnådd ved pullulan-, alginat- og chitosanassistert ultralydbehandling ble indikert som henholdsvis pull-G, alg-G og chit-G.
Av de tre systemene var pullulan og chitosan mer effektive i eksfoliering av grafitt enn alginat. Denne metoden ga eksfolierte mono-, bi- og få-lags grafenark med kun lave sidekantersdefekter. Adsorbsjonen av biopolymerer på grafenoverflate gir en langvarig stabilitet (mer enn 6 måneder) av den vandige dispersjonen.
(Unalan et al. 2015)

Ultralydsplagring av vanndispergerbare grafen nanoskjeder (Unalan et al., 2015)

TEM-bilder av pull-G for: (a) 10 min; (b) 20 min; (c) 30 min; (d) 60 min; (e) chit-G i 30 minutter; (f) alg-G i 30 minutter. (Unalan et al. 2015)

Ultralydsystemer

Hielscher's ultralydsprosessorer med høy effekt brukes over hele verden til vellykket peeling og spredning av grafitt og grafen. Våre ultralydspredikatorer er tilgjengelige fra laboratorium og benk til full industrielle produksjonsenheter. I tillegg til robusthet, 24/7 drift og lav vedlikehold, overbeviser Hielscher ultralydsapparater med høy grad av behandling og lineær skalerbarhet.
Prosesser kan enkelt testes og optimaliseres i laboratoriet. Etterpå kan alle prosessresultatene skaleres helt lineært til kommersielt produksjonsnivå. Dette gjør sonication en effektiv og effektiv produksjonsmetode for det høye volumet av høyverdige grafenark.
Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprosessorer kan levere svært høye amplituder. Amplitudene på opptil 200 μm kan enkelt kjøres kontinuerlig i 24/7-drift. For enda høyere amplituder er tilpassede ultralydsonotroder tilgjengelige. Matchende ultralydreaktorer sikrer evnen til pålitelig og sikker masseproduksjon av grafen nanoskikt av høy kvalitet.

Ultrasonisk dispergator er tilgjengelige fra den lille håndholdte enhet til benk-topp og full industriell ultralydsystemer for stort volum behandling (Trykk for å forstørre!)

Hielscher s ultralyd med høy effekt homogenisatorer er tilgjengelig for en hvilken som helst prosess målestokk – fra lab til produksjon.

Høyscherens ultralydutstyrs robusthet gjør det mulig å operere døgnet rundt i tunge og krevende omgivelser.
Tabellen under gir deg en indikasjon på den omtrentlige prosesseringskapasiteten til våre ultralydapparater:

Batchvolum Strømningshastighet Anbefalte enheter
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4l / min UIP2000hdT
10 til 100 liter 2 til 10 l / min UIP4000
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge av UIP16000

Be om mer informasjon

Vennligst bruk skjemaet nedenfor hvis du ønsker å be om ytterligere informasjon om ultralyd homogenisering. Vi vil gjerne tilby deg en ultralyd system møte dine behov.









Vær oppmerksom på at Personvernregler.


Litteratur / Referanser

  • Unalan IU, Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysakkarid-assistert rask eksfoliering av grafittplater i høyverdige vanndispergerbare grafenark. RSC Advances 5, 2015. 26482-26490.


Fakta Verdt å vite

graphene

Grafenark Grafen er et monolayer av sp2forbundne karbonatomer. Graphene tilbyr unike materialegenskaper som et ekstraordinært stort spesifikt overflateareal (2620 m2g-1), overlegne mekaniske egenskaper med en Youngs modul på 1 TPa og en egen styrke på 130 GPa, en ekstremt høy elektronisk ledningsevne (romtemperatur-elektronmobilitet på 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), meget høy termisk ledningsevne (over 3000 W m K-1), for å nevne de viktigste egenskapene. På grunn av sine overlegne materialegenskaper er grafen sterkt brukt i utvikling og produksjon av batterier med høy ytelse, brenselceller, solceller, superkapasitorer, hydrogenlagre, elektromagnetiske skjold og elektroniske enheter. Videre er grafen innarbeidet i mange nanokompositter og komposittmaterialer som forsterkende additiv, f.eks. I polymerer, keramikk og metallmatriser. På grunn av sin høye ledningsevne er grafen en viktig komponent av ledende maling og blekk.
Den raske og trygge ultralyd forberedelse av defektfri grafen i store mengder til lave kostnader gjør det mulig å utvide bruken av grafen til flere og flere næringer.