Ultradźwiękowa dyspersja grafenu

Fakty, które warto znać

Czym jest grafen?

Grafen to warstwa węgla o grubości jednego atomu, którą można opisać jako jednowarstwową lub dwuwymiarową strukturę grafenu (single layer graphene = SLG). Grafen ma wyjątkowo dużą powierzchnię właściwą i doskonałe właściwości mechaniczne (moduł Younga wynoszący 1 TPa i wewnętrzną wytrzymałość 130 GPa), oferuje doskonałą przewodność elektroniczną i cieplną, mobilność nośników ładunku, przezroczystość i jest nieprzepuszczalny dla gazów. Ze względu na te właściwości materiału, grafen jest stosowany jako dodatek wzmacniający w celu nadania kompozytom wytrzymałości, przewodności itp. Aby połączyć właściwości grafenu z innymi materiałami, grafen musi być rozproszony w związku lub nakładany jako cienka powłoka na podłoże.
Typowe rozpuszczalniki, które są często stosowane jako faza ciekła do dyspergowania nanosieci grafenowych, obejmują dimetylosulfotlenek (DMSO), N,N-dimetyloformamid (DMF), N-metylo-2-pirolidon (NMP), tetrametylomocznik (TMU), tetrahydrofuran (THF), węglan propylenu-aceton (PC), etanol i formamid.

Czy grafen można rozproszyć w wodzie?

Tak, grafen można zdyspergować w wodzie przy użyciu środków powierzchniowo czynnych, polimerów lub innych środków stabilizujących, aby zapobiec agregacji i utrzymać stabilność dyspersji. Niezawodny sprzęt dyspergujący, taki jak sonikatory, odgrywa również kluczową rolę w dyspersji grafenu, wykorzystując energię ultradźwiękową do rozbijania aglomeratów i zmniejszania rozmiaru cząstek grafenu, promując bardziej jednolitą i stabilną dyspersję w ciekłym medium.

Czy tlenek grafenu może rozpuszczać się w wodzie?

Tak, tlenek grafenu może rozpuszczać się w wodzie dzięki grupom funkcyjnym zawierającym tlen, które zwiększają jego hydrofilowość i pozwalają mu tworzyć stabilne dyspersje wodne.

Jaki jest najlepszy rozpuszczalnik do dyspergowania grafenu?

Najlepszym rozpuszczalnikiem do dyspergowania grafenu jest N-metylo-2-pirolidon (NMP) ze względu na jego wysoką polarność i zdolność do stabilizacji arkuszy grafenowych, co skutkuje jednolitą i stabilną dyspersją.

Dlaczego grafen jest nierozpuszczalny w wodzie?

Grafen jest nierozpuszczalny w wodzie, ponieważ brakuje mu grup funkcyjnych, które mogłyby oddziaływać z cząsteczkami wody, co czyni go hydrofobowym i podatnym na agregację z powodu silnych sił van der Waalsa między arkuszami grafenu.

Dlaczego grafen jest stosowany w kompozytach?

Grafen o grubości jednego atomu jest najcieńszy, a jego masa wynosi ok. 0,77 mg na 1m.² najlżejszy, a przy sztywności na rozciąganie 150 000 000 psi (100-300 razy mocniejszy niż stal) i wytrzymałości na rozciąganie 130 000 000 000 Pascali najmocniejszy znany materiał.
Co więcej, grafen jest najlepszym przewodnikiem ciepła (w temperaturze pokojowej z (4,84±0,44) × 10³ do (5,30±0,48) × 10³ W-m^-11-K^-1) i najlepszym przewodnikiem elektrycznym (ruchliwość elektronów wyższa niż 15 000 cm²-V^-1-s^-1).
Inną ważną cechą grafenu jest jego właściwość optyczna z absorpcją światła na poziomie πα≈2,3% światła białego i jego przezroczysty wygląd.
Poprzez włączenie grafenu do matryc, te wyjątkowe właściwości materiału mogą zostać przeniesione do powstałego kompozytu, który oferuje unikalne funkcje. Takie kompozyty wzmocnione grafenem oferują nowe możliwości rozwoju materiałów i zastosowań przemysłowych. Ze względu na swoje właściwości, grafen i kompozyty grafenowe są już szeroko rozpowszechnione w produkcji wysokowydajnych baterii, superkondensatorów, farb przewodzących, powłok, systemów fotowoltaicznych i urządzeń elektronicznych
Sonikatory Hielscher zapewniają wymagane wysokie siły ścinające, aby przezwyciężyć siły van der Waalsa w celu równomiernego rozprowadzenia nanosiatek grafenowych w matrycach kompozytowych. Dyspergatory ultradźwiękowe, takie jak UIP2000hdT lub UIP16000, są wykorzystywane do produkcji nanokompozytów wzmocnionych grafenem i tlenkiem grafenu.