Grafénový oxid – Ultrazvukové odlupovanie a disperzia
Oxid grafén je vo vode rozpustný, obojžetická, netoxická, biologicky odbúrateľná a môže byť ľahko rozptýlený do stabilných koloidov. Ultrazvukové exfoliácia a disperzia je veľmi efektívna, rýchla a nákladovo efektívna metóda syntetizovať, rozptýliť a funkčniť oxid grafén na priemyselnej stupnici. V nadväzujúcom spracovaní, ultrazvukové Rozmetadlá produkujú vysoko výkonné Graphene oxid-polymér kompozitov.
Ultrazvukový exfoliácia z Graphene oxidu
S cieľom kontrolovať veľkosť nanolistov Graphene oxidu (GO), metóda exfoliácia zohráva kľúčový faktor. Vďaka presne kontrolovateľné parametre procesu, Ultrazvukový exfoliácia je najpoužívanejšou delkontaminácia technika pre výrobu vysoko kvalitných grafén a Graphene oxidu.
Pre ultrazvukové exfoliácia oxidu grafénu z grafitového oxidu rôzne protokoly sú k dispozícii. Nájdite jeden exemplárny popis nižšie:
Oxid grafitový prášok sa zmieša vo vodnom KOH s hodnotou pH 10. Pre exfoliáciu a následnú disperziu sa sonda typu ultrasonicator UP200St (200W) sa používa. Potom, K + ióny sú pripojené na Graphene bazálnej rovine vyvolať starnutie procesu. Starnutie sa dosahuje pri rotačnom odparení (2 h). Aby bolo možné odstrániť nadmerné K + ióny, prášok sa umyje a odstrel rôzne časy.
Získaná zmes sa odstredí a lyofilizuje, takže dispergovateľný prášok oxidu grafénu sa vyzráža.
Príprava vodivého GO pasta: oxid grafén prášok môže byť rozptýlený v dimetylformamid (DMF) pod ultrazvukom, aby sa produkovať vodivé pasty. (Han et al. 2014)
Grafénový oxid – Exfoliácia (obr.: Potts et al. 2011)
Ultrazvukový rozptyľuje z Graphene oxidu
Ultrazvuková funkcionalizácia oxidu Graphene
Ultrazvukom sa úspešne používa na zapracovanosť Graphene oxidu (GO) do polymérov a kompozitov.
Príklady:
- Graphene oxid-TiO2 Kompozitný mikrosfér
- polystyrén-magnetit-Graphene oxid kompozitný (Core-shell štruktúrované)
- polystyrén znížené Graphene oxid kompozitov
- polyanilín z nanovlákien-potiahnuté polystyrén/Graphene oxid (PANI-PS/GO) jadro shell kompozitné
- polystyrén-interkalovaný graphén oxid
- p-phenylenediamine-4vinylbenzen-polystyrén modifikovaný graphén oxid
Ultrazvukový systém na exfoliáciu oxidu grafénu
Ultrazvukové systémy pre Graphene a Graphene oxid
Hielscher Ultrasonics ponúka vysoko-výkonové ultrazvukové systémy pre exfoliáciu, rozptyl a následný spracovanie Graphene a Graphene oxidu. Spoľahlivé ultrazvukové procesory a sofistikované reaktorov dodať požadovaný výkon, procesné podmienky ako je presné ovládanie, takže Ultrazvukový proces výsledky môžu byť naladení presne na požadované ciele procesu.
Jedným z najdôležitejších parametrov procesu je Ultrazvukový amplitúda, čo je vibračné expanzia a kontrakcie na ultrazvukovej sondy. Hielscher je priemyselné ultrazvukové systémy sú postavené dodať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200 μm sa dajú ľahko plynule spustiť v 24/7 prevádzke. Pre ešte vyššie amplitúdy, Hielscher ponúka vlastné ultrazvukové sondy. Všetky naše ultrazvukové procesory môžu byť presne upravené podľa požadovaných procesných podmienok a ľahko monitorované prostredníctvom vstavaného softvéru. To zaisťuje najvyššiu spoľahlivosť, konzistentnú kvalitu a reprodukovateľné výsledky. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje 24/7 prevádzku pri ťažkých a náročných prostrediach. Vďaka tomu je ultrazvukom preferovanou výrobnou technológiou pre veľkoobjemová príprava grafénu, oxidu grafénu a graphitických materiálov.
Ponúka širokú škálu produktov ultrasonicators a príslušenstva (ako sú sonotród a reaktorov s rôznymi rozmermi a geometrie), najvhodnejšie reakcie podmienky a faktory (napr. činidlá, Ultrazvukový energie vstup na objem, tlak, teplota, prietok atď.) možno zvoliť s cieľom získať najvyššiu kvalitu. Vzhľadom k tomu, naše ultrazvukové reaktorov môže byť pod tlakom až niekoľko stoviek barG, ultrazvukom vysoko viskózne pasty s 250 000 centipoise nie je žiadny problém pre ultrazvukové systémy Hielschers.
Vzhľadom k týmto faktorom, Ultrazvukový delkontaminácia/exfoliácia a rozptyľuje vyniká konvenčné miešanie a frézovanie techniky.
- vysoký výkon
- vysoké šmykové sily
- vysoký tlak uplatniteľný
- presné ovládanie
- Bezproblémová škálovateľnosť (lineárna)
- šarže a kontinuálne
- Reprodukovateľné výsledky
- Spoľahlivosť
- Robustnosť
- vysoká energetická účinnosť
Literatúra / Referencie
- Gouvea RA., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Gonteliat M.R.F. (2011): Syntéza nanometrického oxidu grafénu a jeho účinkov pri pridaní do MgAl2O4 Keramické. 10. SPBMat Brazília.
- Kamisan AI, Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): ultrazvuková Asistovaná syntéza zníženého oxidu grafénu v roztoku glukózy. Kľúčové inžinierske materiály Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrazvuk exfoliácia anorganických analógov grafénu. Nanoscale výskumné listy 9 (1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Príprava Graphene pomocou intenzívneho kavitácie poľa v tlakovej ultrazvukové reaktora. Chémia – Európsky vestník 18 (44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): Príprava kompozitného materiálu z Graphene oxid-polystyrén. 3. Medzinárodná konferencia o životnom prostredí, chémia a biológia IPCBEE Vol. 78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski ch. W., Ruoff R. S (2011): polymér nanokompozitov na báze Graphene. Polymér Vol. 52, vydanie 1, 2011. 5 – 25.
Fakty stojí za to vedieť
Ultrazvuk a Kavitácia: ako grafit je Exfoliated na Graphene oxid pod ultrazvukom
Ultrazvukový exfoliácia oxidu grafitu (GrO) je založená na vysokej šmykovej sily vyvolané Akustické kavitácie. Akustické kavitácie vzniká v dôsledku striedavého vysokého tlaku/nízkotlakové cykly, ktoré sú generované spojovacím silným ultrazvukovými vlnami v kvapaline. Počas nízkotlakových cyklov vyskytujú veľmi malé dutín alebo vákuové bubliny, ktoré rastú cez striedavý nízkotlakové cykly. Keď vákuové bubliny dosiahnuť veľkosti, kde nemôžu absorbovať viac energie, sa zrúti násilne počas vysokého tlaku cyklu. Bublina imploze výsledky v cavitational šmykovej sily a stresové vlny, extrémna teplota až 6000k, extrémne rýchlosti chladenia nad 1010K/s, veľmi vysoký tlak až 2000atm, extrémne tlakové diferenciály, rovnako ako tekuté trysky s až 1000km/h (∼ 280m/s).
Tieto intenzívne sily ovplyvňujú grafit komíny, ktoré sú delaminácii do Single-alebo málo-vrstva Graphene oxidu a nedotknutej Graphene nanolistov.
Grafénový oxid
Graphene oxid (GO) je syntetizovaný exfoliáciou oxidu grafitu (GrO). Kým grafit oxid je 3D materiál pozostávajúci z miliónov vrstiev Graphene vrstiev s intercalated oxygens, Graphene oxid je mono-alebo málo-vrstva Graphene, ktorá je okysličená na oboch stranách.
Graphene oxid a grafén sa líšia od seba v nasledujúcich vlastnostiach: Graphene oxid je polárny, zatiaľ čo Graphene je nonpolar. Graphene oxid je hydrofilné, zatiaľ čo Graphene je hydrofóbna.
To znamená, že oxid grafén je rozpustný vo vode, obojcové, netoxické, biologicky odbúrateľné a tvorí stabilné koloidné suspenzie. Povrch Graphene oxid obsahuje epoxidové, hydroxyl, a Karboxylové skupiny, ktoré sú k dispozícii pre interakciu s katiónmi a anióny. Vzhľadom na ich jedinečnú ekologickú – anorganickú hybridnú štruktúru a výnimočné vlastnosti, GO – polymérové kompozity ponúkajú vysoký potenciál pre rozmanité priemyselné aplikácie. (Tolasz et al. 2014)
Znížený Graphene oxid
Znížený grafén oxid (rGO) sa vyrába Ultrazvukový, chemické alebo tepelné zníženie oxidu grafénu. Počas kroku zníženia, väčšina kyslíka funkcie oxidu grafénu sú odstránené tak, aby výsledný znížený Graphene oxid (rGO) má veľmi podobné vlastnosti nedotknutej Graphene. Avšak, znížený Graphene oxid (rGO) nie je bez vady a nedotknutá ako čisto Graphene.