Оксид графена – ультразвуковая эксфолиация и диспергирование

Ультразвуковая эксфолиация – широко используемый метод получения оксида графена путём расслоения оксида графита на тонкие однослойные или малослойные листы графена. Ультразвуковые аппараты Hielscher создают интенсивную акустическую кавитацию: ультразвуковые волны с высокой плотностью энергии образуют высокоэнергетические микропузырьки в жидкой среде. При схлопывании эти пузырьки создают силы сдвига, которые разделяют слои оксида графита, эффективно расслаивая их на нанолисты оксида графена. Воспользуйтесь высокопроизводительной ультразвуковой технологией, чтобы вывести применение оксида графена на новый уровень!

Ультразвуковая эксфолиация оксида графена

Оксид графена водорастворим, амфифилен, нетоксичен, биоразлагаем и легко диспергируется с образованием стабильных коллоидов. Ультразвуковая эксфолиация и диспергирование – очень эффективный, быстрый и экономичный метод синтеза, диспергирования и функционализации оксида графена в промышленном масштабе. На последующих этапах обработки ультразвуковые диспергаторы позволяют получать высокоэффективные композиты на основе оксида графена и полимеров.

Преимущества ультразвуковой эксфолиации

Ультразвуковая эксфолиация обладает рядом преимуществ, включая простоту, масштабируемость и экологичность, поскольку обычно не требует агрессивных химических реагентов или сложной обработки. Кроме того, она позволяет точно контролировать размер и толщину нанолистов оксида графена, что крайне важно для настройки их свойств при различных применениях.

Протокол: ультразвуковая эксфолиация оксида графена

Метод эксфолиации играет ключевую роль в контроле размера нанолистов оксида графена (GO). Благодаря точно регулируемым параметрам процесса ультразвуковая эксфолиация является наиболее широко используемым методом расслоения для получения высококачественного графена и оксида графена.
Для ультразвуковой эксфолиации оксида графена из оксида графита доступны различные протоколы. Ниже приведён пример протокола ультразвуковой эксфолиации оксида графена:
Порошок оксида графита смешивают с водным раствором KOH со значением pH 10. Для эксфолиации и последующего диспергирования используют ультразвуковой аппарат зондового типа UP200St (200W). Затем ионы K+ закрепляют на базальной плоскости графена, чтобы инициировать процесс старения. Старение проводят при ротационном выпаривании (2 h). Для удаления избыточных ионов K+ порошок несколько раз промывают и центрифугируют.
Полученную смесь центрифугируют и подвергают сублимационной сушке, в результате чего выпадает диспергируемый порошок оксида графена.
Приготовление электропроводящей пасты оксида графена: порошок оксида графена можно диспергировать в диметилформамиде (DMF) при обработке ультразвуком для получения электропроводящей пасты. (Han et al.2014)

Механизм ультразвуковой эксфолиации оксида графена
(Илл.: Potts et al. 2011)

Ультразвуковая функционализация оксида графена

Обработка ультразвуком успешно применяется для введения оксида графена (GO) в полимеры и композиты.
Примеры:

• микросферный композит на основе оксида графена и TiO2
• композит полистирол–магнетит–оксид графена (со структурой ядро–оболочка)
• композиты на основе полистирола и восстановленного оксида графена
• композит полистирол/оксид графена (PANI-PS/GO) со структурой ядро–оболочка, покрытый нановолокнами полианилина
• оксид графена, интеркалированный полистиролом
• оксид графена, модифицированный p-phenylenediamine-4vinylbenzen-polystyrene

Применение оксида графена, полученного ультразвуковой эксфолиацией

Оксид графена, полученный ультразвуковой эксфолиацией, широко применяется в различных областях. В электронике его используют в гибких электропроводящих плёнках и датчиках; в системах накопления энергии он улучшает характеристики аккумуляторов и суперконденсаторов. Антибактериальные свойства оксида графена делают его ценным для биомедицинских применений, а большая площадь его поверхности и функциональные группы дают преимущества в катализе и восстановлении окружающей среды. В целом ультразвуковая эксфолиация способствует эффективному получению высококачественного оксида графена для использования в передовых технологиях.

Ультразвуковые аппараты для обработки графена и оксида графена

Hielscher Ultrasonics предлагает ультразвуковые системы высокой мощности для эксфолиации, диспергирования и обработки графена и оксида графена. Надёжные ультразвуковые процессоры и усовершенствованные реакторы обеспечивают точное управление, позволяя настраивать ультразвуковые процессы в соответствии с поставленными целями.
Одним из ключевых параметров является амплитуда ультразвука, которая определяет расширение и сжатие ультразвукового зонда при колебаниях. Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher обеспечивают высокие амплитуды, до 200µm, и непрерывно работают в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые зонды, изготовленные по индивидуальному заказу. Все процессоры можно точно настраивать под условия процесса и контролировать с помощью встроенного программного обеспечения, что обеспечивает надёжность, стабильное качество и воспроизводимые результаты.
Ультразвуковые аппараты Hielscher отличаются прочностью и могут непрерывно работать в тяжёлых условиях, что делает обработку ультразвуком предпочтительной производственной технологией для крупномасштабного получения графена, оксида графена и графитовых материалов.
Широкий ассортимент ультразвуковых аппаратов и принадлежностей, включая сонотроды и реакторы различных размеров и геометрии, позволяет выбирать оптимальные условия реакции и параметры, такие как реагенты, ввод ультразвуковой энергии, давление, температура и расход, для достижения наивысшего качества. Ультразвуковые реакторы Hielscher позволяют даже создавать давление до нескольких сотен barg, обеспечивая обработку ультразвуком высоковязких паст с вязкостью свыше 250 000 сантипуаз.
Благодаря этим факторам ультразвуковое расслоение и эксфолиация превосходят традиционные методы.