Графеновые нанопластинки (GNP) могут быть синтезированы и диспергированы с высокой эффективностью и надежностью с использованием ультразвуковых аппаратов. Высокоинтенсивный ультразвук используется для отшелушивания графита и получения малослойного графена, часто называемого графеновыми нанопластинками. Обработка ультразвуком также преуспевает в достижении превосходного распределения графеновых нанопластинок как в низковязких, так и в высоковязких суспензиях.

Обработка графеновых нанотромбоцитов – Превосходные результаты с ультразвуком

Для обработки графеновых нанопластинок ультразвуковые аппараты зондового типа являются наиболее эффективным, надежным и простым в использовании инструментом. Поскольку ультразвук может применяться для синтеза, диспергирования и функционализации графеновых нанопластинок, ультразвуковые аппараты используются для многочисленных приложений, связанных с графеном:

• Отшелушивание и синтез Ультразвуковые аппараты зондового типа используются для расслоения графита на несколько слоев графена или графеновых нанопластинок. Высокоинтенсивный ультразвук разрушает межслойные силы и разбивает графит на более мелкие отдельные листы графена.
• Дисперсии: Достижение равномерной дисперсии графеновых нанопластинок в жидкой среде имеет решающее значение для всех приложений, связанных с графеном. Ультразвуковые аппараты зондового типа могут равномерно распределять нанотромбоциты по всей жидкости, предотвращая агломерацию и обеспечивая стабильную суспензию.
• Функционализация: Обработка ультразвуком облегчает функционализацию графеновых нанопластинок, способствуя прикреплению функциональных групп или молекул к их поверхностям. Эта функционализация повышает их совместимость с конкретными полимерами или материалами.

Синтез графеновых нанотромбоцитов с помощью обработки ультразвуком

Графеновые нанопластинки могут быть синтезированы путем ультразвукового отшелушивания графита. Таким образом, графитовая суспензия обрабатывается ультразвуком с использованием ультразвукового гомогенизатора зондового типа. Эта процедура была протестирована с очень низкими (например, 4 мас.% или ниже) и высокими (например, 10 мас.% или выше) концентрациями твердых веществ.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Полученные изображения графеновых нанолистов с помощью просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения
с помощью ультразвуковой водно-фазовой дисперсии и метода Hummer.
(Исследование и графика: Ганем и Рехим, 2018)

В чем разница между графеновыми листами и нанотромбоцитами?

Листы графена и графеновые нанопластинки представляют собой наноматериалы, состоящие из графена, который представляет собой один слой атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке. Иногда графеновые листы и графеновые нанопластинки используются в качестве взаимозаменяемых терминов. Но с научной точки зрения между этими графеновыми наноматериалами есть несколько различий: основное различие между графеновыми листами и графеновыми нанопластинками заключается в их структуре и толщине. Листы графена состоят из одного слоя атомов углерода и являются исключительно тонкими, в то время как графеновые нанопластинки толще и состоят из нескольких слоев графена. Эти структурные различия могут повлиять на их свойства и пригодность для конкретных применений. Использование ультразвуковых аппаратов зондового типа является высокоэффективным и действенным методом синтеза, диспергирования и функционализации однослойных графеновых листов графена, а также малослойных уложенных графеновых нанопластинок.

Графическая визуализация ультразвукового синтеза графеновых нанопластинок с использованием ультразвукового аппарата UP100H
(Исследование и графика: Ганем и Рехим, 2018)

Дисперсия графеновых нанопластинок с использованием ультразвука

Равномерная дисперсия графеновых нанопластинок (GNP) имеет решающее значение в различных приложениях, поскольку она напрямую влияет на свойства и характеристики получаемых материалов или продуктов. Поэтому ультразвуковые аппараты устанавливаются для дисперсий графеновых нанопластинок в различных отраслях промышленности. Следующие отрасли являются яркими примерами использования силового ультразвука:
 

• Нанокомпозиты: Графеновые нанопластинки могут быть включены в различные нанокомпозитные материалы, такие как полимеры, для улучшения их механических, электрических и тепловых свойств. Ультразвуковые аппараты зондового типа помогают равномерно диспергировать нанопластинки в полимерной матрице, что приводит к улучшению характеристик материала.
• Электроды и батареи: Графеновые нанопластинки используются при разработке высокоэффективных электродов для аккумуляторов и суперконденсаторов. Обработка ультразвуком помогает создавать хорошо дисперсные электродные материалы на основе графена с увеличенной площадью поверхности, что улучшает возможности хранения энергии.
• Катализ: Обработка ультразвуком может быть использована для получения каталитических материалов на основе графеновых нанопластинок. Равномерная дисперсия каталитических наночастиц на поверхности графена может усиливать каталитическую активность в различных реакциях.
• Датчики: Графеновые нанопластинки могут быть использованы при изготовлении датчиков для различных применений, включая зондирование газа, биозондирование и мониторинг окружающей среды. Обработка ультразвуком обеспечивает однородное распределение нанотромбоцитов в материалах датчиков, что приводит к повышению чувствительности и производительности.
• Покрытия и пленки: Ультразвуковые аппараты зондового типа используются для приготовления покрытий и пленок на основе графеновых нанопластинок для применения в электронике, аэрокосмической промышленности и защитных покрытиях. Равномерная дисперсия и надлежащая адгезия к подложкам имеют решающее значение для этих применений.
• Биомедицинские приложения: В биомедицинских приложениях графеновые нанопластинки могут использоваться для доставки лекарств, визуализации и тканевой инженерии. Обработка ультразвуком помогает в подготовке наночастиц и композитов на основе графена, используемых в этих приложениях.

СЭМ-изображения графеновых нанопластинок при (b) X3000 и (c) X8000
(Исследование и изображения: ©Alizadeh et al., 2018)

Научно доказанные результаты ультразвуковых дисперсий графеновых нанотромбоцитов

Ученые использовали ультразвуковые аппараты Hielscher для синтеза и дисперсии графеновых нанопластинок в многочисленных исследованиях и энергично проверяли эффекты ультразвука. Ниже вы можете найти несколько примеров успешного смешивания графеновых нанопластинок с различными смесями, такими как водные суспензии, экспонирующие смолы или раствор.
 
Распространенной процедурой для надежного, быстрого и равномерного диспергирования графеновых нанопластинок является следующая процедура:
Для диспергирования графеновые нанопластинки обрабатывали ультразвуком в чистом ацетоне с использованием ультразвукового смесителя Hielscher UP400S в течение почти одного часа, чтобы предотвратить агломерацию графеновых листов. Ацетон был полностью удален испарением. Затем графеновые нанопластинки добавляли в количестве 1 мас.% от эпоксидной системы и обрабатывали ультразвуком в эпоксидной смоле при 90 Вт в течение 15 минут.
(ср. Cakir et al., 2016)
 
В другом исследовании изучается армирование ионных наножидкостей на основе жидкости (ионаножидкостей) путем добавления графеновых нанопластинок. Для превосходной дисперсии смесь графеновых нанопластинок, ионной жидкости и додецилбензолсульфоната натрия гомогенизировали с помощью ультразвукового аппарата зондового типа Hielscher UP200S в течение примерно 90 минут.
(ср. Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis et al. (2019) сообщают об эффективном включении графеновых нанопластинок в раствор. Таким образом, водные суспензии графена получали путем добавления нанотромбоцитов - с весами, вписанными в желаемое целевое содержание в полученных материалах - в смеси обычной водопроводной воды и пластификатора и последующего магнитного перемешивания в течение 2 мин. Суспензии гомогенизировали ультразвуком в течение 90 минут при комнатной температуре с использованием устройства Hielscher UP400S (Hielscher Ultrasonics GmbH), оснащенного 22-миллиметровым сонотродом, обеспечивающим пропускную способность 4500 Дж / мин на частоте 24 кГц. Конкретная комбинация скорости энергии и продолжительности обработки ультразвуком была установлена как оптимальная после тщательного исследования влияния параметров ультразвука на качество суспензии.
(ср. Tragazikis et al., 2019)
 
Zainal et al. (2018) заявляют в своих исследованиях, что надлежащий метод диспергирования, такой как обработка ультразвуком, гарантирует, что наноматериалы, такие как графеновые нанопластинки, могут улучшить свойства наполнителей. Это связано с тем, что дисперсия является одним из важнейших факторов для производства высококачественных нанокомпозитов, таких как эпоксидная затирка.

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для обработки графеновых нанопластинок

Hielscher Ultrasonics является лидером рынка, когда речь идет о высокопроизводительных ультразвуковых аппаратах для обработки наноматериалов. Ультразвуковые аппараты зондового типа Hielscher используются во всем мире в лабораториях и промышленных условиях для различных применений, включая обработку графеновых нанопластинок.
Современные технологии, немецкое мастерство и инженерия, а также многолетний технический опыт делают Hielscher Ultrasonics вашим предпочтительным партнером для успешного ультразвукового применения.

Проектирование, производство и консалтинг – Качество Сделано в Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своим высочайшим качеством и стандартами дизайна. Надежность и простота в эксплуатации обеспечивают плавную интеграцию наших ультразвуковых аппаратов в промышленные объекты. Жесткие условия и требовательные условия легко обрабатываются ультразвуковыми аппаратами Hielscher.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, оснащенным самыми современными технологиями и удобством для пользователя. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов: