Óxido de grafeno – Esfoliação e dispersão ultra-sônica
O óxido de grafeno é solúvel em água, anfífilo, não tóxico, biodegradável e pode ser facilmente disperso em coloides estáveis. A esfoliação ultra-sônica e a dispersão são um método muito eficiente, rápido e rentável para sintetizar, dispersar e funcionalizar o óxido de grafeno em escala industrial. No processamento a jusante, os dispersores ultra-sônicos produzem compósitos de polímero de óxido de grafeno de alto desempenho.
Ultrasonic Esfoliação de grafeno Oxide
A fim de controlar o tamanho de óxido de grafeno (GO) nanofolhas, o método esfoliação desempenha um factor chave. Devido aos seus parâmetros de processo precisamente controláveis, esfoliação de ultra-sons, é a técnica de delaminação mais amplamente utilizado para a produção de grafeno alta qualidade e óxido de grafeno.
Para a esfoliação de ultra-sons de óxido de graphenedos óxido de grafite vários protocolos estão disponíveis. Encontrar uma descrição exemplar abaixo:
pó de óxido de grafite é misturado em solução aquosa de KOH com o valor de pH 10. Para a esfoliação e dispersão posterior, o tipo de sonda ultrasonicator UP200St (200W) é usado. Posteriormente, K + iões estão ligados para o plano basal grafeno para induzir um processo de envelhecimento. O envelhecimento é alcançada sob evaporação rotativa (2 h). De modo a remover os iões em excesso de K +, o pó é lavada e centrifugada várias vezes.
A mistura obtida é centrifugado e liofilizado, de modo a que um pó de óxido de grafeno dispersível precipita.
Preparação de uma pasta condutora GO: O pó de óxido de grafeno pode ser disperso em dimetilformamida (DMF), sob ultra-sons, a fim de produzir uma pasta condutora. (Han et al.2014)
Óxido de grafeno – Esfoliação (Fig .: Potts al. Et 2011)
Ultrasonic Dispersão de grafeno Oxide
Ultrasonic funcionalização de grafeno Oxide
A sonicação é utilizado com sucesso para incorporar óxido de grafeno (GO) em polímeros e compósitos.
Exemplos:
- grafeno óxido-TiO2 microesfera compósita
- poliestireno-magnetite-grafeno compita de idos (com núcleo e camadas estruturado)
- poliestireno reduzida compósitos de óxido de grafeno
- óxido de poliestireno / grafeno polianilina nanofibras-revestido (PANI-PS / GO) composto concha núcleo
- óxido de grafeno intercalado-poliestireno
- p-fenilenodiamina-4vinylbenzen-poliestireno modificado óxido de grafeno
sistema de ultra-sons para a esfoliação óxido de grafeno
Sistemas de ultra-sons para Grafeno e Grafeno Oxide
Hielscher Ultrasonics oferece sistemas de ultra-sons de alta potência para a esfoliação, a dispersão e processamento a jusante de grafeno e óxido de grafeno. Os processadores de ultra-sons e fiáveis reactores sofisticados fornecer a potência necessária, as condições do processo, bem assim como o controle mais preciso, de modo que os resultados do processo de ultra-sons pode ser ajustado exactamente para as metas de processo desejados.
Um dos parâmetros do processo mais importantes é a amplitude de ultra-sons, que é a expansão e contracção vibracional na sonda de ultra-sons. Hielscher de sistemas ultra-sônicos industriais são construídos para entregar muito elevadas amplitudes. Amplitudes de até 200 um pode ser facilmente mantido em funcionamento permanente 24/7 operação. Para amplitudes ainda maiores, Hielscher oferece sondas ultra-sônicas personalizadas. Todos os nossos processadores de ultra-som pode ser exatamente ajustada para as condições do processo necessários e facilmente monitorado através do software embutido. Isso garante maior confiabilidade, qualidade consistente e resultados reprodutíveis. A robustez do equipamento de ultra-sons de Hielscher permite a operação 24/7 de serviço pesado e em ambientes exigentes. Isso faz com ultra-sons a tecnologia de produção preferidos para o preparação em larga escala de grafeno, óxido de grafeno e materiais graficos.
Oferecendo uma ampla gama de produtos de ultrasonicators e acessórios (por exemplo, eléctrodos sonoros e reactores com diferentes tamanhos e geometrias), as condições de reacção mais adequadas e os factores (por exemplo, reagentes, entrada de energia de ultra-sons por volume, pressão, temperatura, taxa de fluxo, etc.) pode ser escolhida a fim de obter a mais alta qualidade. Uma vez que os nossos reactores de ultra-sons pode ser pressurizada até várias centenas barg, a sonicação de pastas altamente viscosas com a 250000 centipoise não é problema para os sistemas de ultra-sons Hielschers.
Devido a estes factores, ultra-sons delaminação / esfoliação e dispersão destaca as técnicas de mistura e moagem convencionais.
- alto poder
- forças de cisalhamento elevadas
- pressões elevadas aplicável
- controle preciso
- escalabilidade contínua (linear)
- em lotes e contínuo
- resultados reprodutíveis
- confiabilidade
- robustez
- alta eficiência energética
Literatura / Referências
- Gouvea e., Konrath Jr., cava S., Carreno N.L.V., goncalves M.R.F. (2011): Síntese de óxido de grafeno nanométrica e os seus efeitos quando adicionados em MgAl2O4 cerâmico. 10 SPBMat Brasil.
- Kamisan de I.A., Zainuddin L. W., Kamisan A. S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Síntese Assisted de Redução Grafeno Óxido em Solução de Glicose. Key Vol Engenharia de Materiais. 708, 2016. 25-29.
- Stengl V., M. J. Henych Feira, Ecorchard P. (2014): O ultra-som a esfoliação de análogos inorgânicos de grafeno. Nanoescala Research Letters 9 (1), 2014.
- Stengl, V. (2012): Preparação de grafeno usando uma intensa cavitação campo em uma Pressurized Reactor Ultrasonic. Chemistry - A European Journal 18 (44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J. V. Stengl, Ecorchard P. (2014): A Preparação de Material Compósito de Grafeno óxido-poliestireno. 3ª Conferência Internacional sobre Meio Ambiente, Química e Biologia vol.78 IPCBEE de 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Grafeno baseado no nanocompósitos de polímero. Polymer vol. 52, Edição 1, 2011. 5-25.
Fatos, vale a pena conhecer
Ultra-som e cavitação: Como grafite é esfoliada para Grafeno Oxide sob sonicação
Ultra-sons esfoliação de óxido de grafite (GRO) baseia-se na força de cisalhamento elevada induzida por cavitação acústica. cavitação acústica surge devido aos ciclos de pressão alternada de alta pressão / baixa, que são gerados pelo acoplamento de ondas de ultra-som poderosas em um líquido. Durante a baixa pressão ciclos occure muito pequenos vazios ou bolhas de vácuo, que crescem sobre os ciclos alternados de baixa pressão. Quando o vácuo bolhas atingir uma dimensão que lhes não pode absorver mais energia, o colapso se violentamente durante um ciclo de alta pressão. Os resultados bolha implosão em forças de cisalhamento e ondas de tensão cavitacionais, temperatura extrema de até 6000K, as taxas de arrefecimento superiores a 10 extremas10K / s, muito altas pressões de até 2000atm, os diferenciais de pressão extrema, bem como jactos de líquido com até mil kmh (~280m / s).
Essas forças intensas afectar as pilhas de grafite, que são desestratificadas em óxido de grafeno numa ou em poucas camadas e nanofolhas grafeno cristalinas.
Óxido de grafeno
óxido de grafeno (GO) é sintetizado por esfoliantes óxido de grafite (GRO). Enquanto o óxido de grafite é um material que consiste em 3D milhões de camadas de camadas de grafeno com oxigénios intercalados, óxido de grafeno é um mono- ou poucas camadas grafeno que é oxigenado em ambos os lados.
óxido de grafeno e grafeno diferem umas das outras nos seguintes características: óxido de grafeno é polar, enquanto grafeno é não polar. óxido de grafeno é hidrófilo, enquanto o grafeno é hidrofóbico.
Isto significa, óxido de grafeno é, anfifílico, não-tóxica, biodegradável e formas suspensões coloidais estáveis solúveis em água. A superfície do óxido de grafeno contém epoxi, hidroxilo, e grupos carboxilo, que estão disponíveis para interagir com os catiões e aniões. Devido à sua estrutura híbrida orgânico-inorgânico única e propriedades excepcionais, GO-polímeros compósitos oferecem um grande potencial para aplicações industriais múltiplas. (Tolasz et al. 2014)
Redução óxido de grafeno
O óxido de grafeno reduzido (rGO) é produzido por redução ultra-sônica, química ou térmica do óxido de grafeno. Durante o passo de redução, a maioria das funcionalidades de oxigênio do óxido de grafeno são removidas de modo que o óxido de grafeno reduzido resultante (rGO) tenha características muito semelhantes ao grafeno prístino. No entanto, o óxido de grafeno reduzido (rGO) não é livre de defeito e pristine como o grafeno puro.