Dispersão ultrassónica de grafeno

Para incorporar grafeno em compósitos, é essencial dispersar ou exfoliar o grafeno em nanofolhas individuais, uniformemente em toda a formulação. Quanto mais completa for a desaglomeração do grafeno, melhor se podem aproveitar as suas extraordinárias propriedades materiais. A dispersão ultrassónica proporciona uma distribuição de partículas e uma estabilidade de dispersão superiores, mesmo com concentrações e viscosidades elevadas. Este método proporciona uma qualidade de dispersão excecional, ultrapassando largamente as técnicas de mistura convencionais.

Dispersão ultrassónica de grafeno

Para conferir aos compósitos as características excecionais do grafeno, como a sua resistência, o grafeno deve ser disperso uniformemente numa matriz ou aplicado sobre um substrato como revestimento de película fina. Os principais fatores que influenciam as propriedades do material resultante incluem a aglomeração, a sedimentação e a dispersão na matriz ou a distribuição das partículas sobre o substrato.
Devido à natureza hidrofóbica do grafeno, criar uma dispersão estável e altamente concentrada sem tensioativos ou dispersantes é um desafio. Vencer as forças de van der Waals exige forças de cisalhamento intensas, que podem ser geradas eficazmente por cavitação ultrassónica. Este método é o mais sofisticado para preparar dispersões estáveis.

 
Utilizando um dispersor ultrassónico, como o sonicador UIP2000hdT de 2kW, o sonicador UIP4000hdT de 4kW, o sonicador UIP6000hdT de 6kW ou o sonicador UIP16000hdT de 16kW, é possível preparar facilmente grafeno com elevada condutividade elétrica (712 S·m-1), boa dispersidade e elevada concentração. A sonicação também permite preparar uma dispersão estável de grafeno a uma temperatura de processo baixa, de aproximadamente 65°C.
 
Pode encontrar aqui mais informações e detalhes técnicos sobre os sonicadores industriais de tipo sonda da Hielscher para a exfoliação e dispersão de grafeno:

• UIP1000hdT (ultrassons de potência de 1000 watts)
• UIP2000hdT (ultrassons de potência de 2000 watts)
• UIP4000hdT (ultrassons de potência de 4000 watts)
• UIP6000hdT (ultrassons de potência de 6000 watts)
• UIP16000hdT (ultrassons de potência de 16 000 watts)

 
Todos os sonicadores Hielscher permitem um controlo preciso de todos os parâmetros importantes do processo; a tecnologia de dispersão ultrassónica evita danos nas estruturas químicas e cristalinas do grafeno – resultando em flocos de grafeno pristinos e sem defeitos.
Os potentes sonicadores ultrassónicos Hielscher são capazes de processar grafeno e grafite em grandes volumes, por exemplo, para exfoliação em fase líquida e dispersão de grafeno. O controlo exato dos parâmetros do processo permite aumentar sem dificuldades a escala dos processos ultrassónicos, desde a escala de bancada até à produção comercial em pleno.
O grafeno de poucas camadas exfoliado por ultrassons, com aproximadamente 3–4 camadas e um tamanho aproximado de 1μm, pode ser (re)disperso em concentrações de pelo menos 63 mg/mL.
 

Imagens de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) de nanoplaquetas de grafeno a (b) X3000 e (c) X8000
(Estudo e imagens: ©Alizadeh et al., 2018)

Homogeneizadores ultrassónicos e dispersor para grafeno

A Hielscher Ultrasonics fornece sistemas ultrassónicos de alta potência para exfoliar e dispersar grafeno e grafite com muitas camadas em grafeno de uma, duas ou poucas camadas. Os seus processadores ultrassónicos fiáveis e reatores avançados fornecem a potência necessária e um controlo preciso para atingir objetivos específicos do processo.

Um dos parâmetros mais essenciais do processo é a amplitude ultrassónica, que corresponde ao deslocamento vibratório no sonotrodo ultrassónico. Os sonicadores ultrassónicos industriais Hielscher foram concebidos para fornecer amplitudes muito elevadas, com funcionamento contínuo a amplitudes de até 200µm. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sondas ultrassónicas personalizadas. Os parâmetros do processo de todos os sonicadores Hielscher podem ser ajustados com precisão às condições de processo necessárias e monitorizados através de software integrado, assegurando elevada fiabilidade, qualidade consistente e resultados reprodutíveis. A construção robusta dos sonicadores Hielscher foi concebida para funcionamento 24/7 em ambientes exigentes, tornando a sonicação a tecnologia preferida para a produção em grande escala de nanofolhas de grafeno de uma ou poucas camadas.

A Hielscher oferece uma vasta gama de sonicadores ultrassónicos e acessórios, incluindo sonotrodos e reatores de vários tamanhos e geometrias. Isto permite selecionar as condições de reação e os fatores ideais, como os reagentes, a energia ultrassónica fornecida por volume, a pressão, a temperatura e o caudal, para obter a mais elevada qualidade. Os seus reatores ultrassónicos podem ser pressurizados até várias centenas de barg, tornando viável a sonicação de pastas altamente viscosas (até 250 000 centipoise).

Estas capacidades tornam a delaminação, a exfoliação e a dispersão ultrassónicas superiores às técnicas convencionais de trituração e moagem.
 

Os sonicadores Hielscher são os homogeneizadores ultrassónicos mais sofisticados do mercado. Aproveite as inúmeras vantagens dos sonicadores Hielscher!