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.
A cavitação ultra-sônica cria forças de cisalhamento intensas, que separam as camadas de grafite empilhadas em mono, duas e poucas camadas de grafeno livre de defeitos.

Folhas de grafeno dispersíveis em água via sonicação

A sonicação usando uma sonda ultra-sônica é um método eficiente para esfoliar nanofolhas de grafeno monocamada e dispersá-las uniformemente. A funcionalização ultra-sônica permite produzir grafeno dispersível em água.Ultrasonication é um procedimento eficaz com resultados repetíveis para desembaraçar nanotubos de carbono em água ou solventes orgânicos. [/legenda] Em condições normais, o grafeno é dificilmente dispersível em água e forma agregados e aglomerados quando disperso em meio aquoso. Uma vez que os sistemas aquosos têm vantagens significativas de serem baratos, os sistemas de grafeno à base de água não tóxicos e ecológicos são altamente atraentes para os fabricantes de grafeno e para 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.

vantagens:

  • 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

Pedido de informação





sistema de dispersão ultra-sônica 7kW para produção em linha grafeno (Clique para ampliar!)

Reator ultra-sônico com ultrasonicators do tipo sonda para esfoliação de grafeno em escala industrial

Protocolo de Esfoliação Direta de Grafite utilizando Ultrassom

Pullulan não iônico e alginato aniônico (1,0 g) foram dissolvidos separadamente em 20 ml de água destilada, enquanto quitosana catiônica (0,4 g) foi dissolvida em 20 ml de água destilada com 1% em peso de ácido acético. O pó de grafite foi disperso nas soluções aquosas de biopolímero e tratado com um ultrasonicator do tipo sonda UP200S (potência máxima 200 W, frequência 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Alemanha) equipado com um sonotrodo de titânio (microponta S3, diâmetro da ponta 3 mm, amplitude máxima 210μm, densidade de potência acústica ou intensidade de superfície 460 W cm-2) nas seguintes condições: 0,5 ciclo e 50% de amplitude, por um período de 10, 20, 30 e 60 min, respectivamente. Os melhores resultados foram obtidos aos 30min de sonicação. A sonicação foi aplicada na potência de 16,25 W por 30 minutos, com consumo de energia (saída de energia por unidade de volume) de 731 Ws ml-1.
Em seguida, as misturas foram centrifugadas a 1500 rpm por 60 min para remover partículas de grafite não esfoliadas e, em seguida, lavadas 5 vezes e novamente centrifugadas a 5000 rpm por 20 min para remover o excesso de biopolímeros. As soluções cinza-escuras resultantes foram secas a vácuo a 40ºC até que não houvesse perda de massa. Os pós de polímero-grafeno resultantes foram redispersos em água (1 mg ml-1 para pullulan e quitosana; 0,18 mg ml-1 para alginato) para caracterização. Folhas de grafeno obtidas por ultrassom assistido por pullulan, alginato e quitosana foram indicadas como pull-G, alg-G e quito-G, 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.
(cf. Unalan et al. 2015)

Esfoliação ultrassônica de grafeno na água

Uma sequência de alta velocidade (de a a f) de quadros ilustrando a esfoliação sono-mecânica de um floco de grafite na água usando o UP200S, um ultrasonicator de 200W com sonotrodo de 3 mm. As setas mostram o local da divisão (esfoliação) com bolhas de cavitação penetrando na divisão.
(estudo e fotos: © Tyurnina et al. 2020

esfoliação de ultra-sons de nanofolhas grafeno dispersáveis ​​em água (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)

Ultrasonicators para esfoliação de grafeno

O Ultrassonicador industrial UIP6000hdT fornece 6000 watts de ultrassom de alta intensidade via sonda (sonotrode) para homogeneização, dispersão, emulsificação e aplicações de extração.Os processadores ultrassônicos de alta potência da Hielscher são usados em todo o mundo para a esfoliação e dispersão bem-sucedidas de grafite e grafeno. Nossos dispersores ultrassônicos estão disponíveis desde laboratório e bancada até unidades completas de produção industrial. Além de robustez, operação 24 horas por dia, 7 dias por semana e baixa manutenção, os ultrasonicators Hielscher convencem pela alta facilidade de processamento e escalabilidade linear.
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.
Os processadores ultrassônicos industriais Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodos ultrassônicos personalizados estão disponíveis. Reatores de ultrassom correspondentes garantem a capacidade de produção em massa confiável e segura de nanofolhas de grafeno de alta qualidade, bem como dispersões de nanofolhas estáveis.

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

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Ultrasonication intenso usando uma sonda ultra-sônica (sonotrodo) é um método altamente eficaz para delaminar e esfoliar nano-folhas de grafeno.

Mecanismo de esfoliação ultra-sônica de nanofolhas 2D.
(estudo e gráfico: Tyurnina et al., 2020)



Fatos, vale a pena conhecer

Grafeno

folha de 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.

Literatura / Referências


Ultrassônicos de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.


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Vamos entrar em contato.