Esfoliação de grafeno à base de água

A esfoliação ultrassônica permite produzir grafeno de poucas camadas sem o uso de solventes severos usando apenas água pura. A sônica de alta potência desmina as folhas de grafeno em um tratamento curto. A evitação de solventes transforma a esfoliação do grafeno em um processo verde e sustentável.

Produção de grafeno via Esfoliação de Fase Líquida

Ultrasonic disperser UIP4000hdT for commercial graphene exfoliation in continuous flowO grafeno é fabricado comercialmente através da chamada esfoliação de fase líquida. A esfoliação de fase líquida do grafeno requer o uso de solventes tóxicos, ambientalmente prejudiciais e caros, que é usado como pré-tratamento químico ou em combinação com uma técnica de dispersão mecânica. Para dispersão mecânica das folhas de grafeno, a ultrassonografia foi estabelecida como uma técnica altamente confiável, eficiente e segura para produzir folhas de grafeno de alta qualidade em grandes quantidades em nível totalmente industrial. Uma vez que o uso de solventes severos é sempre acompanhado de custos, contaminação, remoção e descarte complexos, preocupações de segurança, bem como carga ambiental, uma alternativa não tóxica e segura é significativamente vantajosa. A esfoliação de grafeno usando água como solvente e ultrassom de energia para delaminação mecânica de poucas folhas de grafeno de camadas é, portanto, uma técnica altamente promissora para uma fabricação de grafeno verde.
Os solventes comuns, que muitas vezes são usados como fase líquida para dispersar nanofolhas de grafeno, incluem sulfóxido de dimetil (DMSO), N,N-dimethylformamida (DMF), N-metil-2-pyrrolidone (NMP), Tetrametileurea (TMU), Tetrahidrofuran (THF), carbonateacetona de propileno (PC), etanol e formamide.
Como uma técnica já estabelecida a longo prazo para esfoliação de grafeno em escala comercial, a ultrassônica permite produzir grafeno de alta qualidade de alta pureza a baixo custo. Como a esfoliação do grafeno ultrassônico pode ser completamente linear dimensionada a qualquer volume, o rendimento de produção de flocos de grafeno de alta qualidade pode ser facilmente implementado para a produção em massa de grafeno.

Pedido de informação





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

o UIP2000hdT é um dispersor ultrassônico poderoso de 2kW para esfoliação e dispersão de grafeno.

Esfoliação ultrassônica do grafeno na água

Tyurnina et al. (2020) investigaram os efeitos da amplitude e intensidade de sônica em soluções puras de grafite de água e a esfoliação de grafeno resultante. No estudo, eles usaram um Hielscher UP200S (200W, 24 kHz). A esfoliação ultrassônica usando água foi aplicada como um processo de passo único para poucas camadas de delaminação de grafeno. Um tratamento curto de 2h foi suficiente para produzir grafeno de poucas camadas em uma configuração de sônica de béquer aberto.

Ultrasonic graphene exfoliation in water

Uma sequência de alta velocidade (de a f) de quadros que ilustram a esfoliação sono-mecânica de um floco de grafite na água usando o UP200s, um ultrassônico de 24 kHz com sonotrode de 3 mm. As setas mostram o lugar da divisão (esfoliação) com bolhas de cavitação penetrando na divisão.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Otimização da Esfoliação ultrassônica de grafeno

UP200St processador ultra-sônico com joint sonotrode e chão de vidro.A configuração ultrassônica usada por Tyurnina et al. (2020) pode ser facilmente otimizada para mais eficiência e esfoliação mais rápida usando um reator ultrassônico fechado no modo flow-through. O tratamento ultrassônico em linha permite um tratamento ultrassônico significativamente mais uniforme de toda matéria-prima de grafite: alimentando a solução de grafite/água diretamente no espaço confinado da cavitação ultrassônica, todo o grafite torna-se uniformemente sônico resultando em um alto rendimento de flocos de grafeno de alta qualidade.
Os sistemas Hielscher Ultrasonics permitem um controle preciso sobre todos os parâmetros de processamento importantes, como amplitude, tempo /retenção, entrada de energia (Ws/mL), pressão e temperatura. Definir os parâmetros ultrassônicos ideais resulta em maior rendimento, qualidade e eficiência geral.

Como a ultrassoônica promove a esfoliação do grafeno

Quando ondas de ultrassom de alta potência são acoplados em um chorume de pó de grafite e água ou qualquer solvente, forças sonomecânicas como cisalhamento alto, turbulências intensas e diferenciais de alta pressão e temperatura criam condições de intensidade de energia. Essas condições de energia intensa são o resultado do fenômeno da cavitação acústica. Leia mais sobre cavitação ultrassônica aqui!
O ultrassom de energia inicia a expansão do pó de grafite, uma vez que os fluidos são pressionados entre as camadas de grafeno, das quais o grafite é composto. A cisalhamento ultrassônico força delaminar as folhas únicas de grafeno e dispersá-las como flocos de grafeno na solução. Para obter estabilidade a longo prazo do grafeno na água, é necessário um surfactante.

Dispersão Ultrasônica de Nanotubos de Carbono: O ultrasssônico Hielscher UP400S (400W) dispersa e desembaraça CNTs de forma rápida e eficiente em nanotubos únicos.

Ultrassonicator UP200St (200W) dispersando carbono preto na água usando 1%wt Tween80 como surfactante

 

Pedido de informação





Ultrassonicadores de alto desempenho para esfoliação de grafeno

As características inteligentes dos ultrassonicadores Hielscher são projetadas para garantir uma operação confiável, resultados reprodutíveis e simpatia pelo usuário. As configurações operacionais podem ser facilmente acessadas e discadas através do menu intuitivo, que pode ser acessado através de tela de toque de cores digitais e controle remoto do navegador. Portanto, todas as condições de processamento, como energia líquida, energia total, amplitude, tempo, pressão e temperatura são automaticamente registradas em um cartão SD embutido. Isso permite que você revise e compare as execuções de sônica anteriores e otimize o processo de esfoliação do grafeno com a maior eficiência.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Os sistemas Hielscher Ultrasonics são usados em todo o mundo para a fabricação de folhas de grafeno de alta qualidade e óxidos de grafeno. Os ultrassonicadores industriais hielscher podem facilmente executar altas amplitudes em operação contínua (24/7/365). Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente geradas continuamente com sonotrodes padrão (sondas ultrassônicas / chifres e cascatrodesTm). Para amplitudes ainda maiores, sonotrodes ultrassônicos personalizados estão disponíveis. Devido à sua robustez e baixa manutenção, nossos sistemas de esfoliação ultrassônica são comumente instalados para aplicações pesadas e em ambientes exigentes.

Os processadores ultrassônicos Hielscher para esfoliação de grafeno já estão instalados em todo o mundo em escala comercial. Entre em contato conosco agora para discutir seu processo de fabricação de grafeno! Nossa equipe bem experiente ficará feliz em compartilhar mais informações sobre o processo de esfoliação, sistemas ultrassônicos e preços!

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
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 UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

Contate-Nos! / Pergunte-nos!

Solicite mais informações

Por favor, use o formulário abaixo para solicitar informações adicionais sobre processadores ultrassônicos, aplicativos e preço. Ficaremos felizes em discutir seu processo com você e oferecer-lhe um sistema ultrassônico atendendo aos seus requisitos!









Por favor, note que o nosso Política de Privacidade.


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

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.

Literatura / Referências

  • Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Esfoliação ultrassônica do grafeno na água: Um estudo de parâmetro chave. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
    (Disponível sob uma Atribuição Creative Commons 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. Veja os termos completos aqui.)
  • 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.
  • 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.
  • Bang, J. H .; Suslick, K. S. (2010): Aplicações de ultra-som para a síntese de materiais nanoestruturados. Materiais Avançados 22/2010. pp. 1039-1059.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vláčil, P. (2011): TiO2-grafeno nanocompósitos Fotocatálises como alto desempenho. Em: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.



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.
O grafeno é uma camada de carbono de um átomo de espessura, que pode ser descrita como uma estrutura de camada única ou 2D de grafeno (grafeno de camada única = SLG). O grafeno possui uma superfície específica extraordinariamente grande e propriedades mecânicas superiores (módulo de Young de 1 TPa e resistência intrínseca de 130 GPa), oferece grande condutividade eletrônica e térmica, mobilidade do portador de carga, transparência e é impermeável aos gases. Devido a estas características do material, o grafeno é utilizado como aditivo de reforço para dar aos compósitos a sua força, condutividade, etc. Para combinar as características do grafeno com outros materiais, o grafeno deve ser disperso no composto ou é aplicado como um revestimento de película fina sobre um substrato.


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

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.