A esfoliação de ultra-sons de dispersáveis em água Grafeno
- Mono- e nanofolhas grafeno bicamada pode ser produzido rapidamente através de ultra-sons esfoliação com alto rendimento e de baixo custo.
- Ultrassonicamente grafeno esfoliada pode ser funcionalizado com biopolímeros, a fim de obter grafeno dispersível em água.
- Por cavitação ultra-sónica, o grafeno sintetizado pode ser ainda processada em uma dispersão à base de água estáveis.
Ultrasonic Esfoliação de alta qualidade grafeno
Ultra-som é um método fiável para a produção de camadas de grafeno (mono-camada, poucos bi- e grafeno) de flocos de grafite ou partículas. Enquanto outras técnicas comuns de esfoliação, tais como esferas e moinhos de rolo ou misturadores de alto cisalhamento são ligados a baixa qualidade e a utilização de reagentes e solventes agressivos, o método de ultra-sons esfoliação convence por sua saída de alta qualidade, alta capacidade de processo e as condições de processamento moderadas.
cavitação ultra-sônica cria forças de corte intensas, que separam as camadas de grafite empilhados em mono-, bi- e algumas camadas de grafeno sem defeitos.
Folhas de grafeno água-dispersíveis
Sob condições normais, o grafeno dificilmente é dispersável em água e forma agregados e aglomerados quando dispersos em meio aquoso. Uma vez que sistemas aquosos tem vantagens significativas de ser barato, não-tóxicos, amigos do ambiente, sistemas de grafeno à base de água são altamente atraente para os fabricantes de grafeno e a indústria a jusante.
A fim de obter nanofolhas grafeno dispersáveis em água, o grafeno ultrassonicamente esfoliada é modificado com polissacarídeos / biopolímeros tais como o pululano, o quitosano, alginato, gelatina ou goma arábica.
- grafeno de alta qualidade
- alto rendimento
- dispersão à base de água
- alta concentração
- alta eficiência
- processo rápido
- baixo custo
- High-throughput
- favor do meio ambiente
sistema de ultra-som para a esfoliação grafeno
Protocolo de esfoliação direta de Grafite
pululano não-iónico e de alginato aniónico (1,0 g) foram dissolvidos separadamente em 20 ml de água destilada (DI), ao passo que o quitosano catiónico (0,4 g) foi dissolvido em 20 ml de DI com ácido acético a 1% em peso. pó de grafite foi dispersa em soluções aquosas e biopolímeros tratados utilizando uma UP200S processador ultra (Potência máxima de 200 W, frequência 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Alemanha) equipado com um cone de tronco de cone de titânio sonotrodo (modelo de micro ponta S3, diâmetro da ponta 3 mm, 210μm amplitude máxima, a densidade de potência acústica ou intensidade superfície 460 W centímetros-2) Sob as seguintes condições: 0,5 ciclo e 50% de amplitude, durante um período de 10, 20, 30, e 60 min, respectivamente. Os melhores resultados foram obtidos com ultra-sons 30 min. A sonicao foi aplicada na alimentação de 16,25 W durante 30 minutos, com o consumo de energia (energia produzida por unidade de volume) de 731 ml Ws-1 de.
Subsequentemente, as misturas foram centrifugadas a 1500 rpm durante 60 min para remover as partículas de grafite unexfoliated e depois lavou-se 5 vezes e novamente centrifugadas a 5000 rpm durante 20 min para remover o excesso de biopolímeros. As soluções escuro-cinzento resultantes foram secos a vácuo a 40 ° C até que não haja perda de massa. Os pós de polímero-grafeno resultantes foram novamente disperso em água (1 mg ml-1 de por pululano e quitosano; 0,18 mg ml-1 de por alginato) para caracterização. grafeno obtidos por ultra-sons pullulan-, alginate-, e assistida-quitosano foram indicados como pull-L, alg-L, e bate-L, respectivamente.
Fora dos três sistemas, o pululano e quitosana foram mais eficazes na esfoliação de grafite de alginato. Este método produziu mono- esfoliado, bi-, e folhas de grafeno algumas camadas com defeitos apenas baixos laterais (bordas). A adsorção de biopolímeros à superfície grafeno proporciona uma estabilidade de longa duração (superior a 6 meses) da dispersão aquosa.
(Unalan et al. 2015)
imagens TEM de pull-G para: (a) 10 minutos; (B) de 20 min; (C) 30 min; (D) 60 minutos; (E) bate-L durante 30 min; (F) alg-L durante 30 min. (Unalan et al. 2015)
Sistemas de ultra-som
Os processadores de ultra-sons de alta potência da Hielscher são usados em todo o mundo para o sucesso esfoliação e dispersão de grafite e grafeno. Nossos dispersores de ultra-som estão disponíveis a partir de laboratório e de bancada até unidades completas de produção industrial. Além robustez, 24/7 operação e baixa manutenção, ultrasonicators Hielscher convencer pela alta facilidade de processamento e linear escalabilidade.
Os processos podem ser facilmente testadas e optimizadas no laboratório. Depois, todos os resultados do processo pode ser escalado completamente linear ao nível de produção comercial. Isso faz com que sonicação um método de produção eficaz e eficiente para o grande volume de folhas de grafeno de alta qualidade.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores de ultra-sons pode proporcionar industriais muito elevadas amplitudes. Amplitudes de até 200 um pode ser facilmente mantido em funcionamento permanente 24/7 operação. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodes ultra-som personalizadas estão disponíveis. Correspondentes reatores de ultra-som garantir a capacidade de produção em massa confiável e segura de nanofolhas de grafeno de alta qualidade.
ultra-sônicos homogeneizadores de alta potência da Hielscher estão disponíveis para qualquer escala de processo – de laboratório para produção.
A robustez do equipamento de ultra-sons de Hielscher permite a operação 24/7 de serviço pesado e em ambientes exigentes.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:
| Volume batch | Quociente de vazão | Dispositivos Recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 00,2 a 4 L / min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 de 10L / min | UIP4000 |
| n / D. | 10 a 100L / min | UIP16000 |
| n / D. | maior | aglomerado de UIP16000 |
Literatura / Referências
- U.I. Unalan, Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polissacarídeo-assistida rápida esfoliação de plaquetas de grafite em folhas de grafeno dispersível em água de alta qualidade. RSC Advances 5, 2015. 26482-26490.
Fatos, vale a pena conhecer
Grafeno
Grafeno é uma monocamada de SP2átomos de carbono -bonded. Grafeno oferece características de material único tal como uma extraordinária área superficial específica grande (2,620 m2g-1 de), As propriedades mecânicas superiores com um módulo de Young de 1 de TPA e uma resistência intrínseca de 130 GPa, um extremamente alta condutividade electrónica (mobilidade de electrões à temperatura ambiente de 2,5 × 105 centímetros2 V-1 des-1 de), Condutividade térmica muito elevada (acima de 3000 m W K-1 de), Para citar os mais importantes propriedades. Devido às suas propriedades de material superior, grafeno é muito utilizada no desenvolvimento e na produção de baterias de alta performance, células de combustível, as células solares, supercapacitores, armazenamentos de hidrogénio, blindagens electromagnéticas e dispositivos electrónicos. Além disso, o grafeno é incorporado em muitos nanocompósitos e materiais compósitos de reforço como aditivo, por exemplo em polímeros, cerâmicas e as matrizes de metal. Devido à sua alta condutividade, grafeno é um componente importante de tintas condutoras e tintas.
A rápida e segura preparação de ultra-sons de grafeno livre de defeito em grandes volumes a baixo custo permite alargar as aplicações do grafeno para mais e mais indústrias.