Eksfoliacja grafenu na bazie wody

Eksfoliacja ultradźwiękowa pozwala na wytworzenie kilkuwarstwowego grafenu bez użycia silnych rozpuszczalników z wykorzystaniem jedynie czystej wody. Sonikacja o dużej mocy powoduje rozwarstwienie warstw grafenu w krótkim czasie. Unikanie rozpuszczalników sprawia, że eksfoliacja grafenowa staje się ekologicznym, zrównoważonym procesem.

Produkcja grafenu poprzez eksfoliację w fazie ciekłej

Ultrasonic disperser UIP4000hdT for commercial graphene exfoliation in continuous flowGrafen jest komercyjnie produkowany poprzez tzw. eksfoliację w fazie ciekłej. Eksfoliacja grafenu w fazie ciekłej wymaga użycia toksycznych, szkodliwych dla środowiska i drogich rozpuszczalników, które są stosowane jako chemiczna obróbka wstępna lub w połączeniu z techniką mechanicznej dyspersji. W przypadku mechanicznej dyspersji arkuszy grafenowych, ultradźwięki zostały uznane za wysoce niezawodną, wydajną i bezpieczną technikę produkcji wysokiej jakości arkuszy grafenowych w dużych ilościach na poziomie w pełni przemysłowym. Ponieważ stosowanie trudnych rozpuszczalników zawsze wiąże się z kosztami, zanieczyszczeniem, skomplikowanym usuwaniem i utylizacją, obawami dotyczącymi bezpieczeństwa, jak również obciążeniem dla środowiska, nietoksyczna i bezpieczniejsza alternatywa jest znacznie korzystniejsza. Eksfoliacja grafenu z wykorzystaniem wody jako rozpuszczalnika oraz ultradźwięków do mechanicznego rozwarstwiania kilkuwarstwowych warstw grafenu jest zatem wysoce obiecującą techniką dla ekologicznej produkcji grafenu.
Do popularnych rozpuszczalników, które są często używane jako faza ciekła do dyspersji nanoszkieletów grafenowych, należą: dimetylosulfotlenek (DMSO), N,N-dimetyloformamid (DMF), N-metylo-2-pirolidon (NMP), tetrametylomocznik (TMU), tetrahydrofuran (THF), węglan propylenu-aceton (PC), etanol i formamid.
Ultradźwiękowa eksfoliacja, jako technika od dawna stosowana do eksfoliacji grafenu na skalę komercyjną, umożliwia produkcję wysokiej jakości grafenu o wysokim stopniu czystości przy niskich kosztach. Ponieważ ultradźwiękowa eksfoliacja grafenu może być całkowicie liniowo skalowana do dowolnej objętości, wydajność produkcji wysokiej jakości płatków grafenowych może być łatwo wdrożona do masowej produkcji grafenu.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


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

The UIP2000hdT to dyspergator ultradźwiękowy o mocy 2kW do eksfoliacji i dyspersji grafenu.

Ultradźwiękowe złuszczanie grafenu w wodzie

Tyurnina i wsp. (2020) badali wpływ amplitudy i intensywności sonikacji na roztwory czystej wody i grafitu oraz na uzyskaną eksfoliację grafenu. W badaniach wykorzystano urządzenie Hielschera UP200S (200W, 24kHz). Eksfoliacja ultradźwiękowa z użyciem wody została zastosowana jako jednoetapowy proces rozwarstwiania kilku warstw grafenu. Krótki czas obróbki 2h wystarczył do wytworzenia kilkuwarstwowego grafenu w układzie sonikacji w otwartej zlewce.

Ultrasonic graphene exfoliation in water

Szybka sekwencja (od a do f) klatek ilustrująca sono-mechaniczne złuszczanie płatka grafitu w wodzie przy użyciu UP200s, ultradźwiękowego urządzenia o częstotliwości 24 kHz z 3-mm sonotrodą. Strzałki pokazują miejsce rozszczepienia (eksfoliacji) z pęcherzykami kawitacyjnymi penetrującymi rozszczepienie.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Optymalizacja ultradźwiękowej eksfoliacji grafenu

procesor ultradźwiękowy UP200St z sonotroda i szklaną stawu.Układ ultradźwiękowy zastosowany przez Tyurnina et al. (2020) może być łatwo zoptymalizowany pod kątem większej wydajności i szybszej eksfoliacji poprzez zastosowanie zamkniętego reaktora ultradźwiękowego w trybie przepływowym. Ultradźwiękowa obróbka inline pozwala na znacznie bardziej równomierną obróbkę ultradźwiękową całego surowca grafitowego: podając roztwór grafitu / wody bezpośrednio do zamkniętej przestrzeni kawitacji ultradźwiękowej, cały grafit zostaje równomiernie poddany sonikacji, co skutkuje wysoką wydajnością wysokiej jakości płatków grafenowych.
Systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher pozwalają na precyzyjne sterowanie wszystkimi ważnymi parametrami obróbki, takimi jak amplituda, czas / retencja, energia wejściowa (Ws/mL), ciśnienie i temperatura. Ustawienie optymalnych parametrów ultradźwiękowych skutkuje najwyższym uzyskiem, jakością i ogólną wydajnością.

Jak ultradźwięki wspierają złuszczanie grafenu?

Kiedy fale ultradźwiękowe o dużej mocy są sprzężone z zawiesiną proszku grafitowego i wody lub dowolnego rozpuszczalnika, siły sonomechaniczne takie jak wysokie ścinanie, intensywne turbulencje oraz wysokie różnice ciśnienia i temperatury tworzą warunki o dużej intensywności energetycznej. Te energetycznie intensywne warunki są wynikiem zjawiska kawitacji akustycznej. Przeczytaj więcej o kawitacji ultradźwiękowej tutaj!
Moc ultradźwięków inicjuje ekspandowanie proszku grafitowego, ponieważ pomiędzy warstwy grafenu, z których zbudowany jest grafit, wtłaczane są płyny. Ultradźwiękowe siły ścinające powodują rozwarstwienie pojedynczych warstw grafenu i rozproszenie ich w postaci płatków grafenowych w roztworze. Aby uzyskać długotrwałą stabilność grafenu w wodzie, konieczne jest zastosowanie środka powierzchniowo czynnego.

Dyspersja ultradźwiękowa nanorurek węglowych: Ultradźwiękowiec Hielscher UP400S (400W) szybko i sprawnie rozprasza i detekwuje laryngologię w pojedynczych nanorurkach.

Ultradźwiękowiec UP200St (200W) rozpraszający sadzę w wodzie przy użyciu 1%Wt Tween80 jako środka powierzchniowo czynnego

 

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Wysokowydajne ultradźwiękowe urządzenia do eksfoliacji grafenu

Inteligentne funkcje ultradźwiękowych urządzeń firmy Hielscher gwarantują niezawodną pracę, powtarzalne wyniki i łatwość obsługi. Ustawienia robocze są łatwo dostępne i wybierane za pomocą intuicyjnego menu, dostępnego za pomocą cyfrowego kolorowego wyświetlacza dotykowego i zdalnego sterowania przez przeglądarkę. Wszystkie warunki przetwarzania, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na weryfikację i porównanie poprzednich przebiegów sonikacji oraz optymalizację procesu eksfoliacji grafenu w celu uzyskania najwyższej wydajności.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher są stosowane na całym świecie do produkcji wysokiej jakości arkuszy grafenowych i tlenków grafenu. Ultradźwiękowe urządzenia przemysłowe Hielscher mogą bez problemu pracować w trybie ciągłym (24/7/365) z wysokimi amplitudami. Amplitudy do 200µm mogą być bez problemu generowane w sposób ciągły przy użyciu standardowych sonotrod (sondy ultradźwiękowe / tuby oraz kaskaderkiTM). Dla jeszcze większych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Ze względu na ich solidność i niskie koszty utrzymania, nasze ultradźwiękowe systemy eksfoliacji są powszechnie instalowane do ciężkich zastosowań i w wymagających środowiskach.

Ultradźwiękowe procesory Hielscher do eksfoliacji grafenu są już zainstalowane na całym świecie w skali komercyjnej. Skontaktuj się z nami już teraz, aby omówić Twój proces produkcji grafenu! Nasi doświadczeni pracownicy chętnie podzielą się z Państwem informacjami na temat procesu eksfoliacji, systemów ultradźwiękowych i cen!

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


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

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.

Literatura / materiały źródłowe

  • Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultradźwiękowa eksfoliacja grafenu w wodzie: Badanie kluczowych parametrów. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
    (Dostępne na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. Zobacz pełne warunki tutaj.)
  • Stengl V. Henych J.M. Fair, Ecorchard P. (2014): Ultradźwięki złuszczenie nieorganicznych analogów grafenu, Badania w skali nano Letters 9 (1), 2014.
  • Unalan IU Wan C Trabattoni S. Piergiovannia L. Farris S. (2015): polisacharyd wspomagane szybkie łuszczenie płytek grafitowych w wysokiej jakości dyspergowalnych w wodzie arkusze grafenu. RSC Advances 5, 2015 26482-26490.
  • Grupowy, J. H .; Suslick, K. S. (2010): Zastosowanie ultradźwięków do syntezy Materiały nanostrukturalne. Advanced Materials 22/2010. str. 1039/59.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vláčil, P. (2011): TiO2-Grafen nanokompozytowe Fotokatalizatory jako wysokiej wytrzymałości. W: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. str. 25209-25218.



Fakty Warto wiedzieć

Grafen

arkuszy grafenu Grafen jest jednowarstwową SP2związany wiązaniem atomów węgla. Graphene oferuje wyjątkowe właściwości materiału, na przykład w trybie nadzwyczajnym dużej powierzchni właściwej (2620 m2sol-1), Lepsze właściwości mechaniczne z modułu Younga 1 TPA ​​i wytrzymałość wewnętrzną 130 GPa, bardzo wysokie przewodnictwo elektronicznego (ruchliwość pokojowej temperaturze 2,5 x 105 cm2 V-1s-1), Bardzo wysoką przewodność cieplną (powyżej 3000 W mK-1), Aby wymienić tylko najważniejsze właściwości. Ze względu na swoje znakomite właściwości materiałowych graphene jest powszechnie używane w projektowaniu i produkcji wysokiej wydajności baterie, ogniwa paliwowe, ogniw słonecznych, superkondensator, magazyny wodoru, osłon elektromagnetycznych i urządzeń elektronicznych. Ponadto graphene wprowadza się wiele nanokompozytów i materiałów kompozytowych jako dodatki wzmacniające, np polimerów, materiałów ceramicznych oraz matrycy metalu. Ze względu na wysoką przewodność, graphene jest ważnym składnikiem przewodzących farb i tuszów.
Szybki i bezpieczny ultradźwiękowy Wytwarzanie bezusterkowego grafenu w dużych ilościach przy niskich kosztach pozwala na poszerzenie zastosowań grafenu do coraz większej ilości branż.
Grafen jest warstwą węgla o grubości jednego atomu, którą można opisać jako jednowarstwową lub 2D strukturę grafenu (grafen jednowarstwowy = SLG). Grafen ma wyjątkowo dużą powierzchnię właściwą i doskonałe właściwości mechaniczne (moduł Younga 1 TPa i wytrzymałość wewnętrzną 130 GPa), zapewnia doskonałe przewodnictwo elektryczne i cieplne, mobilność nośnika ładunku, przezroczystość i jest nieprzepuszczalny dla gazów. Ze względu na te cechy materiałowe, grafen jest stosowany jako dodatek wzmacniający w celu nadania kompozytom wytrzymałości, przewodnictwa itp. Aby połączyć cechy grafenu z innymi materiałami, grafen musi zostać zdyspergowany w związku lub naniesiony jako cienkowarstwowa powłoka. na podłoże.


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

Wysokowydajna ultrasonografia! Asortyment produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych laboratoryjnych ultrasonografów, przez stacjonarne urządzenia stacjonarne, aż po w pełni przemysłowe systemy ultradźwiękowe.