Ультразвуковая технология Хильшера

Производство ультразвукового графена

Ультразвуковой синтез графена с помощью отшелушивания графита является наиболее надежным и выгодным методом производства высококачественных графеновых листов в промышленных масштабах. Высокопроизводительные ультразвуковые процессоры Hielscher точно управляемы и могут генерировать очень высокие амплитуды в 24/7. Это позволяет легко и контролировать размеры больших объемов нетронутого графена.

Ультразвуковая Получение графена

Графен листПоскольку известны необычные характеристики графита, были разработаны несколько методов его приготовления. Помимо химического производства графенов из оксида графена в многоступенчатых процессах, для которых необходимы очень сильные окислители и восстановители. Кроме того, графен, приготовленный в этих жестких химических условиях, часто содержит большое количество дефектов даже после восстановления по сравнению с графенами, полученными из других методов. Тем не менее, ультразвук является проверенной альтернативой для производства высококачественного графена, также в больших количествах. Исследователи разработали несколько иные способы использования ультразвука, но в целом производство графена представляет собой простой одноэтапный процесс.
Приведем пример конкретного производства графена маршруту: Графит добавляют в смеси разбавленной органической кислоты, спирта и воды, а затем смесь подвергают воздействию ультразвука облучения. Кислота работает как “молекулярный клин” которая отделяет листы графена от родительского графита. По этому простому процессу, большое количество неповрежденной, высококачественная графена, диспергированной в воде создаются. (Ап и др. 2010)

Hielscher's High Power Ultrasound Devices are the ideal tool to prepare graphene - both in lab scale as well as in full commercial process streams

Рисунок 1:. АСМ изображение слущенных GO листов с тремя профилями высоты, полученных в разных местах (Станкович и соавт 2007).

UIP2000hdT - ультразвуковой 2 кВт для обработки жидкости.

UIP2000hdT – 2кВт мощный ультразвуковой ореолов для отшелушивания графена

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Графен Прямая Пилинг

Ультразвук позволяет для приготовления графен в органических растворителях, поверхностно-активных веществах / водных растворах или ионных жидкостях. Это означает, что использование сильных окислителей или восстановителей можно избежать. Станкович и др. (2007) производства графена с помощью пилинга под ультразвуком.
АСМ изображения оксида графена вспученного по ультразвуковой обработке при концентрации 1 мг / мл в воде всегда показал наличие листов с равномерной толщиной (~ 1 нм; пример показан на рис.1 ниже.). Эти хорошо расслоенные образцы оксида графена содержали не листов либо толще или тоньше, чем 1 нм, что приводит к выводу о том, что полное отслаивание оксида графена вплоть до отдельных листов оксида графена действительно достигнутый в этих условиях. (Станкович и соавт., 2007)

Получение графеновых листов

Стенгл и др. показали успешное получение чистых листов графена в больших количествах при производстве нестехиометрического TiO2 графеновом nanocomposit путем термического гидролиза суспензии с графеновыми нанолистов и диоксида титана пероксокомплексов комплекс. Чистые графеновые нанолисты были получены из природного графита с использованием поля кавитации высокой интенсивности генерируемого ультразвуковым процессором Хилшером в Uip1000hd в ультразвуковом реакторе высокого давления при давлении 5 бар. Графеновые листы, полученные с высокой удельной поверхностью и уникальными электронными свойствами, могут быть использованы в качестве хорошей поддержки TiO2 для повышения фотокаталитической активности. Исследовательская группа утверждает, что качество приготовленного ультразвуковым графена намного выше, чем графена, полученной метод Хаммера, где графит вспученный и окисленный. Поскольку физические условия в ультразвуковом реакторе можно точно регулировать и в предположении, что концентрация графена в качестве легирующей добавки будет варьироваться в диапазоне от 1 – 0.001%, производство графена в системе непрерывного на в промышленном масштабе возможно.

Приготовление с помощью ультразвуковой обработки графеновых оксида

О и др. (2010) показали маршрут подготовки с использованием ультразвукового облучения для получения оксида графена (GO) слоев. Таким образом, они приостановлены двадцать пять миллиграммов оксида графена порошка в 200 мл деионизованной воды. При перемешивании они получили неоднородную коричневую суспензию. Полученные суспензии обрабатывают ультразвуком (30 мин, 1,3 × 105J), и после сушки (при 373 К) ультразвуковой обработке оксида графена был произведен. ИК-Фурье-спектроскопии показали, что ультразвуковая обработка не изменяет функциональных групп оксида графена.

Расслаиванию ультразвуком нанолисты оксида графена

Рис. 2: СЭМ изображение графеновыми нанолистов, полученных при воздействии ультразвука (О и др 2010).

Ультразвуковой синтез графена с Hielscher UIP4000hdT

UIP4000hdT – 4 кВт высокомощный ультразвуковой

Функционализации графеновых листов

Сей и Suslick (2011) описывают удобный метод одностадийного для получения полистирола функционализированного графита. В своем исследовании они использовали графитовые хлопья и стирол в качестве основного сырья. По ультразвуку графитовых хлопьев в стироле (реакционноспособный мономер), ультразвуковое облучение в результате механохимического отшелушивания графитовых хлопьев во однослойные и нескольких двухслойных графеновых листы. Одновременно функционализации графеновых листов полистирола цепей было достигнуто.
Же процесс функционализации может быть осуществлено с другими виниловыми мономерами для композитов на основе графена.

Получение нанолент

Исследовательская группа Hongjie Dai и его коллеги из Стэнфордского университета обнаружили технику получения наноуглеродов. Графеновые ленты представляют собой тонкие полосы графена, которые могут иметь еще более полезные характеристики, чем графеновые листы. При ширинах около 10 нм или меньше поведение графеновых лент аналогично полупроводнику, так как электроны вынуждены двигаться продольно. Таким образом, было бы интересно использовать нанорибуны с полупроводникоподобными функциями в электронике (например, для небольших, более быстрых компьютерных микросхем).
Dai и соавт. Получение графена нанолент оснований на два этапа: во-первых, они ослаблены слои графена из графита с помощью термической обработки 1000ºC в течение одной минуты в 3% водорода в атмосфере аргона. Затем графен был разбит на полосы с помощью ультразвука. В наноленты, полученные этим методом, характеризуются более «гладким’ кромки, чем сделанные с помощью обычных литографических средств. (Jiao и др. 2009)

Получение углеродного Nanoscrolls

Углеродные Nanoscrolls похожи на многостенные углеродные нанотрубки. Разница в MWCNTs это открытые советы и полная доступность внутренних поверхностей к другим молекулам. Они могут быть синтезированы мокрым химическим путем интеркаляции графита с калием, отшелушивающие в воде и обрабатывали ультразвуком в коллоидной суспензии. (См Viculis и др. 2003) ультразвуковой помогает прокрутке вверх графеновым монослоев в углероде nanoscrolls (см. 3). Высокая эффективность преобразования 80% была достигнута, что делает производство nanoscrolls интересного для коммерческих применений.

Ультразвуком синтез углеродных nanoscrolls

Рис.3: Ультразвуковой синтез углеродных Nanoscrolls (Viculis соавт., 2003)

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Графен Дисперсии

Сорт дисперсии графена и оксида графена чрезвычайно важен для использования полного потенциала графена с его специфическими характеристиками. Если графен не диспергируется в контролируемых условиях, полидисперсность дисперсии графена может привести к непредсказуемому или неидеальному поведению после его включения в устройства, поскольку свойства графена меняются в зависимости от его структурных параметров. Ультразвуковое исследование является проверенным методом для ослабления межслойных сил и позволяет точно контролировать важные параметры обработки.
«Для получения оксида графена (GO), который, как правило, в качестве вспученного однослойных листов, одна из главных проблем полидисперсности возникает из изменений в боковой области хлопьев. Было показано, что средний поперечный размер ГО может быть смещена от 400 нм до 20 мкм путем изменения графита исходного материала и условий обработки ультразвуком.»(Зеленый и др. 2010)
ультразвуковой Диспергирование графена приводит к тонкой и даже коллоидных суспензий была продемонстрирована в различных других исследованиях. (Liu и др. 2011 / Ребенок и др. 2011 / Choi и др. 2010)
Жанг и др. (2010) показали, что при использовании ультразвука стабильный графен дисперсию с высокой концентрацией 1 мг · мл-1 и относительно чистые листы графена будут достигнуты, а также подготовленные графеновые листы обладают высокой электрической проводимостью 712 S · м-1, Результаты трансформированной Фурье инфракрасных спектров и спектры комбинационного обследования показали, что ультразвуковой метод препарата имеет меньший ущерб химические и кристаллические структуры графены.

Высокопроизводительные ультразвуковые

Для производства высококачественных графеновых нанолистов требуется надежное высокопроизводительное ультразвуковое оборудование. Амплитуды, давление и температура являются важными параметрами, которые имеют решающее значение для воспроизводимости и последовательного качества продукции. Ультразвуковая сотовая сотовая сотовая сотня Хильшер’ ультразвуковые процессоры являются мощными и точно управляемыми системами, которые позволяют точно устанавливать параметры процесса и непрерывную мощную ультразвуковую мощность. Ультразвуковая сотовая сотовая сотовая сотня Хильшер’ промышленные ультразвуковые процессоры могут поставлять очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200 м могут легко работать непрерывно в 24/7 операции. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет круглосуточно работать на тяжелых грузах и в сложных условиях.
Наши клиенты удовлетворены превосходной надежностью и надежностью систем Hielscher Ultrasonic. Установка в полях тяжелых приложений, требовательных средах и круглосуточной эксплуатации обеспечивает эффективную и экономичную обработку. Ультразвуковая интенсификация процессов сокращает время обработки и добивается лучших результатов, т.е. более высокого качества, более высоких урожаев, инновационных продуктов.
В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
0.5 до 1,5 мл не доступно VialTweeter
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами / Спросите дополнительную информацию

Поговорите с нами о ваших требованиях к обработке. Мы порекомендуем наиболее подходящие параметры настройки и обработки для вашего проекта.





Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Загрузить полную статью в формате PDF здесь:
Ультразвуком получение графена


Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для дисперсии, эмульгации и извлечения клеток.

Мощные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторных до пилотных и промышленных масштабов.

Литература / Ссылки

  • , Х .; Симмонс, Т .; Шах, R .; Вольф, С .; Льюис, К. М .; Вашингтон, М .; Наяк, С. К .; Talapatra, S .; Кар, S. (2010): Стабильные водные Дисперсии нековалентна функционализированная графена из графита и их применения Многофункциональных высокопроизводительного. Nano Letters 10/2010. стр. 4295-4301.
  • Ребенок, Т. че .; Ramaprabhu, S. (2011): Enhanced конвективный перенос тепла с использованием графена рассредоточены наножидкостях. Наноразмерный Research Letters 6: 289, 2011.
  • Взрывы, Дж Н .; Суслик, К. С. (2010): Применение ультразвука синтеза наноструктурированных материалов. Дополнительные материалы 22/2010. стр. 1039-1059.
  • Чой, Е. Y .; Хан, Т. Н .; Хонг, J .; Ким, Дж Е .; Ли, С. Н .; Ким, Х. Ш .; Ким, С. О. (2010): Нековалентная функционализация графены с концевыми функциональными группами полимеров. Журнал материалов Химия 20/2010 стр. 1907-1912.
  • Гейм, А. К. (2009): Графен: состояние и перспективы. Наука 324/2009. стр. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Зеленый, А. .; Hersam, М. С. (2010): Возникающие Способы получения монодисперсных графеновых Дисперсии. Журнал физической химии Письма 2010. стр. 544-549.
  • Го, J .; Чжу, S .; Chen, Z .; Li, Y .; Ю., Z .; Лю, Z .; Лю, Q .; Ли, J .; Фен, С .; Чжан, Д. (2011): сонохимический синтез TiO (2 наночастицы на графене для использования в качестве фотокатализатора
  • Хасан, К. ул; Сандберг, М. О .; Нур, О .; Willander, М. (2011): поликатион стабилизация графеновых суспензий. Наноразмерный Research Letters 6: 493, 2011.
  • Лю, X .; Пан, L .; Ур, Т .; Чжу, G .; Лу, Т .; Вс, Z .; Вс, С. (2011): с помощью микроволн синтез-TiO2 восстановленного оксида графена композитов для фотокаталитического уменьшения Cr (VI). RSC Достижения 2011.
  • Malig, J .; Энглерта, J. ​​M .; Hirsch, A .; Guldi, Д. М. (2011): Влажная химия графена. Общество Интерфейс Электрохимический, весна 2011. стр. 53-56.
  • О, W. Ch .; Чен, М. L .; Чжан, К .; Чжан, Ф. J .; Джанг, В. К. (2010): Влияние термической и ультразвуковой обработки на формирование Графен-оксида нанолистов. Журнал Общества 4/56 Корейский физической, 2010. стр. 1097-1102.
  • Sametband, М .; Шиманович, U .; Gedanken, А. (2012): Графен оксида микросферы, полученные с помощью простого, одностадийного метода ультразвуковой обработки. Новый журнал по химии 36/2012. стр. 36-39.
  • Савоськин, М. В .; Мочалин, В. Н .; Ярошенко, А. Р .; Лазарева, Н. Я .; Konstanitinova, Т. Е .; Baruskov, И. В .; Прокофьев, И. Г. (2007): Углеродные nanoscrolls, полученные из акцепторного типа интеркалированных соединений графита. Углерод 45/2007. стр. 2797-2800.
  • Станкович, S .; Дикин, Г. .; Пинер, Р. Д .; Kohlhaas, К. .; Kleinhammes, A .; Цзя, Y .; В, Y .; Нгуен, С. Т .; Руофф, Р. С. (2007): Синтез на основе графена нанолистов с помощью химического восстановления вспученного оксида графита. Углерод 45/2007. стр. 1558-1565.
  • Стенгл, В .; Popelková, D .; Vlácil, P. (2011): TiO 2-Графен Нанокомпозитные Фотокатализаторы, как высокая производительность. В: Журнал физической химии C 115/2011. стр. 25209-25218.
  • Suslick, KS (1998): энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера; 4-е изд. J. Wiley & Sons: Нью-Йорк, 1998, Vol. 26, стр. 517-541.
  • Viculis, Л. М .; Мак, Дж J .; Kaner, Р. В. (2003): химический путь к углероду Nanoscrolls. Наука, 299/1361; 2003.
  • Сей, Н .; Suslick, К. С. (2011): сонохимическое Получение функционализованной графены. В: Журнал Американского химического общества 133/2011. стр. 9148-9151.
  • Чжан, W .; Он, W .; Цзин, Х. (2010): получение стабильной дисперсии Graphene с высокой концентрацией с помощью ультразвука. Журнал физической химии B 32/114, 2010. стр. 10368-10373.
  • Цзяо, L .; Чжан, L .; Ван, Х .; Diankov, G .; Дай, H. (2009): Узкие графеновые наноленты из углеродных нанотрубок. Природа 458/2009 стр. 877-880.
  • Парк, G .; Ли, К. G .; Ли, С. Дж .; Парк, Т. Дж .; Беспроводной R .; Ким, Д. Н. (2011): Синтез графеновы-Gold нанокомпозиты с помощью уменьшения Сонохимического. Журнал нанонауки и нанотехнологии 7/11, 2011. стр. 6095-6101.
  • Чжан, RQ; De Sakar, A. (2011): Теоретические исследования по формированию, настройке собственности и адсорбции сегментов графена. В: М. С. (ред.): Физика и приложения графеновой теории. InTech 2011. С. 3-28.


Полезные сведения

Что такое графен?

Графит состоит из двух мерных листов sp2-гибридизированные, шестиугольные, расположенные атомов углерода - графена - которые регулярно сложены. атом тонкие листы графена в, которые образуют графит с помощью не-связывающих взаимодействий, характеризуются крайней большей площадью поверхности. Графен показывает исключительную прочность и твердость вдоль ее базальных уровней, достигает с ками. 1020 ГПа почти значение прочности алмаза.
Графен является основным структурным элементом некоторых аллотропных в том числе, помимо графита, также углеродные нанотрубки и фуллерены. Используется в качестве добавки, графен может значительно улучшить электрические, физические, механические и барьерные свойства полимерных композитов при очень низких нагрузках. (Xu, Suslick 2011)
По своим свойствам графен является материалом превосходной степени и, таким образом, перспективным для отраслей промышленности, которые производят композиты, покрытия или микроэлектронику. Гейм (2009) описывает графен как сверхматериальный кратко в следующем абзаце:
«Это самый тонкий материал во вселенной, и самый сильный когда-либо измерить. Ее носители заряда обладают гигантской внутренней мобильности, имеют наименьшую эффективную массу (она равна нулю) и может путешествовать микрометра большие расстояния без рассеяния при комнатной температуре. Графен может выдержать плотности тока 6 порядков выше, чем медь, показывает рекордную теплопроводность и жесткость, является непроницаемым для газов и согласовывают такие противоречивые качества, как хрупкость и пластичность. Электронный транспорт в графене описываются типа Дирака уравнения, которое позволяет исследовать релятивистские квантовые явления в настольном эксперименте «.
Из-за характеристики этого выдающегося материала, графен является одним из наиболее перспективных материалов и находится в фокусе исследований наноматериала.

Потенциальные приложения для графена

Биологические применения. Пример подготовки ультразвукового графена и его биологического использования приведен в исследовании «Синтез наночастиц графена-золота на основе сонохимического восстановления» Park et al. (2011), где нанокомпозит из восстановленных наночастиц оксида оксида графена (Au) был синтезирован путем одновременного восстановления ионов золота и осаждения наночастиц золота на поверхности восстановленного оксида графена одновременно. Чтобы облегчить восстановление ионов золота и создание кислородных функциональных возможностей для закрепления наночастиц золота на восстановленном оксиде графена, ультразвуковое облучение применяли к смеси реагентов. Производство модифицированных золотом связующих пептидов биомолекул показывает потенциал ультразвукового облучения графеновых и графеновых композитов. Следовательно, ультразвук представляется подходящим инструментом для подготовки других биомолекул.
Электроника: Графен представляет собой весьма функциональный материал для электронного сектора. По высокой подвижности носителей заряда в сетке графены, графен представляет наибольший интерес для развития быстрых электронных компонентов в высокочастотной-технологии.
Датчики: The ультразвуковым расслаиванию графен могут быть использованы для производства высокочувствительных и селективных кондуктометрических датчиков (сопротивление которого быстро изменяется >10 000% насыщенных паров этанола), и суперконденсаторов с чрезвычайно высокой удельной емкостью (120 Ф / г), плотность мощности (105 кВт / кг) и плотностью энергии (9,2 Вт · ч / кг). (Ап и др. 2010)
Алкоголь: Для производства спирта: Побочный приложение может быть использование графена в производстве спирта, там графеновые мембраны могут быть использованы для отгонки спирта и, таким образом, чтобы сделать алкогольные напитки сильнее.
Как самый сильный, самый электропроводящим и один из самых легких и гибких материалов, графен является перспективным материалом для солнечных элементов, катализа, прозрачные и эмиссионные дисплеи, микромеханических резонаторов, транзисторов, в качестве катода в литий-воздушных батарей, для ультрачувствительных химических детекторов , проводящие покрытия, а также использование в качестве добавки в соединениях.

Рабочий принцип высокой мощности ультразвука

Звуковые волны, распространяющиеся в жидкие среды, при звукоизменяющих жидкостях при высоких интенсивностях приводят к чередованию циклов высокого давления (сжатия) и низкого давления (разрежения) со скоростями, зависящими от частоты. Во время цикла низкого давления высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают небольшие вакуумные пузырьки или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они сильно разваливаются во время цикла высокого давления. Это явление называют кавитацией. Во время имплозии очень высокие температуры (около 5000 К) и давления (около 2000 атм) достигаются локально. Имплозия кавитация пузыря также приводит к жидкой струи до 280m / с скорости. (Suslick 1998 г.) ультразвуковым генерируется кавитация вызывает химические и физические эффекты, которые могут быть применены к процессам.
Кавитация индуцированных Sonochemistry обеспечивает уникальное взаимодействие между энергией и материей, с горячими точками внутри пузырьков ~ 5000 К, давление ~ 1000 бара, скорость нагрева и охлаждения от >1010K с-1; эти чрезвычайные условия позволяют доступ к широкому спектру химического реакционного пространства, как правило, не доступного, что позволяет для синтеза самых разнообразных необычных наноструктурных материалов. (Банг 2010)