Hielscher Ultrasonics
Radi prediskutujeme váš proces.
Zavolajte nám: +49 3328 437-420
Napíšte nám: info@hielscher.com

oxid grafénu – Ultrazvuková exfoliácia a disperzia

Ultrazvuková exfoliácia je široko používaná technika na výrobu oxidu grafénu rozkladom oxidu grafitu na tenké, jednovrstvové alebo niekoľkovrstvové grafénové listy. Hielscherove sonikátory vytvárajú intenzívnu akustickú kavitáciu, kde energeticky husté ultrazvukové vlny vytvárajú vysokoenergetické mikrobubliny v kvapalnom médiu. Tieto kolabujúce bubliny vytvárajú šmykové sily, ktoré oddeľujú vrstvy oxidu grafitu a účinne ich odlupujú na nanovrstvy oxidu grafénu. Využite vysokovýkonné ultrazvuky a posuňte svoju aplikáciu na báze oxidu grafénu na vyššiu úroveň!

Ultrazvuková exfoliácia oxidu grafénu

Oxid grafénu je rozpustný vo vode, amfifilný, netoxický, biologicky odbúrateľný a dá sa ľahko rozptýliť do stabilných koloidov. Ultrazvuková exfoliácia a disperzia je veľmi efektívna, rýchla a nákladovo efektívna metóda syntézy, disperzie a funkcionalizácie oxidu grafénu v priemyselnom meradle. Pri následnom spracovaní ultrazvukové dispergátory vyrábajú vysokovýkonné kompozity z oxidu grafénu a polyméru.

Výhody ultrazvukovej exfoliácie

Ultrazvuková exfoliácia ponúka niekoľko výhod vrátane jednoduchosti, škálovateľnosti a šetrnosti k životnému prostrediu, pretože zvyčajne nevyžaduje agresívne chemikálie ani zložité spracovanie. Okrem toho umožňuje presnú kontrolu nad veľkosťou a hrúbkou nanodosiek oxidu grafénu, čo je rozhodujúce pre vyladenie ich vlastností v rôznych aplikáciách.

Žiadosť o informácie







Nastavenie priemyselného sonikátora na exfoliáciu a disperziu grafénu: Ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou vytvárajú kavitačné sily, ktoré rozkladajú grafit na nanovrstvy oxidu grafénu, čo je ideálne pre škálovateľnú výrobu v aplikáciách skladovania energie, elektroniky a pokročilých materiálov.

Priemyselný sonikátor UIP16000hdT na exfoliáciu oxidu grafénu pri vysokovýkonnom výkone

Video ukazuje ultrazvukové miešanie a dispergáciu grafitu v 250 ml epoxidovej živice (Toolcraft L) pomocou ultrazvukového homogenizátora (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába zariadenia na dispergáciu grafitu, grafénu, uhlíkových nanotrubíc, nanodrôtov alebo plnív v laboratóriu alebo vo veľkoobjemových výrobných procesoch. Typickými aplikáciami sú dispergácia nano materiálov a mikromateriálov počas procesu funkcionalizácie alebo na dispergáciu do živíc alebo polymérov.

Zmiešajte epoxidovú živicu s grafitovým plnivom pomocou ultrazvukového homogenizátora UP400St (400 wattov)

Miniatúra videa

 

Protokol: Ultrazvuková exfoliácia oxidu grafénu

Digitálna dotyková obrazovka sondového typu Hielscher UP200HTNa kontrolu veľkosti nanolistov oxidu grafénu (GO) zohráva kľúčový faktor exfoliačná metóda. Vďaka svojim presne kontrolovateľným procesným parametrom je ultrazvuková exfoliácia najpoužívanejšou delaminačnou technikou na výrobu vysoko kvalitného grafénu a oxidu grafénu.
Na ultrazvukovú exfoliáciu oxidu grafénu z oxidu grafitu sú k dispozícii rôzne protokoly. Nižšie nájdete príkladný protokol pre ultrazvukovú exfoliáciu oxidu grafénu:
Prášok oxidu grafitu sa zmieša vo vodnom KOH s hodnotou pH 10. Na exfoliáciu a následnú disperziu sa používa ultrazvukový prístroj sondového typu UP200St (200W). Potom sa ióny K+ pripoja k bazálnej rovine grafénu, aby vyvolali proces starnutia. Starnutie sa dosiahne rotačným odparovaním (2 hodiny). Aby sa odstránili prebytočné ióny K+, prášok sa niekoľkokrát premyje a odstredí.
Získaná zmes sa odstredí a lyofilizuje tak, aby sa vyzrážal dispergovateľný prášok oxidu grafénu.
Príprava vodivej pasty na báze oxidu grafénu: Prášok oxidu grafénu môže byť rozptýlený v dimetylformamide (DMF) pri sonikácii, aby sa vytvorila vodivá pasta. (Han a kol.2014)

Ultrazvuková exfoliácia sa široko používa na výrobu grafénových nanolistov a oxidu grafénu. Ultrazvukové systémy spoločnosti Hielscher presvedčili ako veľmi efektívna, nákladovo efektívna a rýchla technika syntézy grafénu, ktorá sa používa pre veľké prúdy kalu a používa sa na hromadnú výrobu grafénu.
Zdroj obrázka: Potts JR, Dreyer DR, Bielawski CHW, Ruoff RS (2011): Polymérne nanokompozity na báze grafénu. Polymér zv. 52, vydanie 1, 2011. 5–25.

Mechanizmus ultrazvukovej exfoliácie oxidu grafénu
(Obrázok: Potts et al. 2011)

Ultrazvuková funkcionalizácia oxidu grafénu

Sonikácia sa úspešne používa na začlenenie oxidu grafénu (GO) do polymérov a kompozitov.
Príklady:

  • kompozit mikroguľôčky oxidu grafénu-TiO2
  • Kompozit polystyrén-magnetit-oxid grafénu (štruktúra jadro-plášť)
  • polystyrénové kompozity s redukciou oxidu grafénu
  • polyanínový nanovlákien potiahnutý polystyrén/oxid grafénu (PANI-PS/GO) kompozitný plášť jadra
  • polystyrénom interkalovaný oxid grafénu
  • P-fenyléndiamín-4vinylbenzén-polystyrén modifikovaný oxid grafénu
Ultrazvukový ultrazvuk sondového typu UP400St pre disperziu nanočastíc, ako sú grafénové nanokrvné doštičky v stabilnej vodnej suspenzii.

Ultrazvuk UP400St na prípravu grafénových nanodoštičkových disperzií

Aplikácie oxidu grafénu vyrábaného ultrazvukovou exfoliáciou

Oxid grafénu vyrobený ultrazvukovou exfoliáciou má široké uplatnenie v rôznych oblastiach. V elektronike sa používa vo flexibilných vodivých fóliách a senzoroch; Pri skladovaní energie zvyšuje výkon batérií a superkondenzátorov. Antibakteriálne vlastnosti oxidu grafénu ho robia cenným v biomedicínskych aplikáciách, zatiaľ čo jeho vysoký povrch a funkčné skupiny sú výhodné pri katalýze a sanácii životného prostredia. Celkovo ultrazvuková exfoliácia uľahčuje efektívnu výrobu vysokokvalitného oxidu grafénu na použitie v špičkových technológiách.

Sonikátory na spracovanie grafénu a oxidu grafénu

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka vysokovýkonné ultrazvukové systémy na exfoliáciu, dispergáciu a spracovanie grafénu a oxidu grafénu. Spoľahlivé ultrazvukové procesory a sofistikované reaktory poskytujú presné riadenie, čo umožňuje vyladenie ultrazvukových procesov na požadované ciele.
Jedným z rozhodujúcich parametrov je ultrazvuková amplitúda, ktorá určuje vibračnú expanziu a kontrakciu ultrazvukovej sondy. Priemyselné ultrazvukové prístroje Hielscher poskytujú vysoké amplitúdy až 200 μm, nepretržitú prevádzku v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sondy. Všetky procesory je možné presne prispôsobiť podmienkam procesu a monitorovať pomocou vstavaného softvéru, čím sa zabezpečí spoľahlivosť, konzistentná kvalita a reprodukovateľné výsledky.
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú robustné a môžu pracovať nepretržite v náročných prostrediach, vďaka čomu je sonikácia preferovanou výrobnou technológiou pre prípravu veľkoplošného grafénu, oxidu grafénu a grafitového materiálu.
Široký sortiment ultrazvukov a príslušenstva, vrátane sonotrod a reaktorov rôznych veľkostí a geometrií, umožňuje výber optimálnych reakčných podmienok a faktorov, ako sú činidlá, ultrazvukový vstup energie, tlak, teplota a prietok, na dosiahnutie najvyššej kvality. Hielscherove ultrazvukové reaktory dokážu dokonca natlakovať až niekoľko stoviek bargov, čo umožňuje sonikáciu vysoko viskóznych pást s viskozitou presahujúcou 250 000 centipoise.
Ultrazvuková delaminácia a exfoliácia vďaka týmto faktorom vynikajú konvenčné techniky.

Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!

Ak chcete požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukovej homogenizácii, použite nižšie uvedený formulár. Radi vám ponúkneme ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky.









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov.




Hielscher Ultrasonics

  • Vysoký výkon
  • vysoké šmykové sily
  • použiteľné vysoké tlaky
  • presné ovládanie
  • bezproblémová škálovateľnosť (lineárna)
  • dávkové a kontinuálne
  • reprodukovateľné výsledky
  • spoľahlivosť
  • odolnosť
  • vysoká energetická účinnosť
7kW ultrazvukový disperzný systém pre inline výrobu grafénu (kliknite pre zväčšenie!)

Ultrazvukový systém na exfoliáciu oxidu grafénu

 
Ak sa chcete dozvedieť viac o ultrazvukovej syntéze, disperzii a funkcionalizácii grafénu, kliknite sem:

 

Fakty, ktoré stoja za to vedieť

Ultrazvuk a kavitácia: Ako sa grafit exfoliuje na oxid grafénu pomocou sonikácie?

Ultrazvuková exfoliácia oxidu grafitu (GrO) je založená na vysokej šmykovej sile vyvolanej akustickou kavitáciou. Akustická kavitácia vzniká v dôsledku striedavých vysokotlakových / nízkotlakových cyklov, ktoré vznikajú spojením silných ultrazvukových vĺn v kvapaline. Počas nízkotlakových cyklov vznikajú veľmi malé dutiny alebo vákuové bubliny, ktoré rastú počas striedavých nízkotlakových cyklov. Keď vákuové bubliny dosiahnu veľkosť, pri ktorej nemôžu absorbovať viac energie, prudko sa zrútia počas vysokotlakového cyklu. Implózia bublín má za následok kavitačné šmykové sily a napínacie vlny, extrémnu teplotu až 6000 K, extrémne rýchlosti chladenia nad 1010K/s, veľmi vysoké tlaky až 2000 atm, extrémne tlakové rozdiely, ako aj prúdy kvapaliny až 1000 km/h (∼280 m/s).
Tieto intenzívne sily pôsobia na grafitové stohy, ktoré sú delaminované na jednovrstvové alebo niekoľkovrstvové grafénoxidové a nedotknuté grafénové nanovrstvy.

Čo je oxid grafénu?

Ako vyrobiť oxid grafénu? Spoločnosť Hielscher Ultrasonics dodáva výkonné ultrazvukové procesory na exfoliáciu sypkého materiálu oxidu grafitu na oxid grafénu. www.hielscher.comOxid grafénu (GO) sa syntetizuje exfoliáciou oxidu grafitu (GrO). Zatiaľ čo oxid grafitu je 3D materiál pozostávajúci z miliónov vrstiev grafénových vrstiev s interkalovanými kyslíkmi, oxid grafénu je jednovrstvový alebo niekoľkovrstvový grafén, ktorý je okysličený na oboch stranách.
Oxid grafénu a grafén sa navzájom líšia v nasledujúcich charakteristikách: oxid grafénu je polárny, zatiaľ čo grafén je nepolárny. Oxid grafénu je hydrofilný, zatiaľ čo grafén je hydrofóbny.
To znamená, že oxid grafénu je rozpustný vo vode, amfifilný, netoxický, biologicky odbúrateľný a vytvára stabilné koloidné suspenzie. Povrch oxidu grafénu obsahuje epoxidové, hydroxylové a karboxylové skupiny, ktoré sú k dispozícii na interakciu s katiónmi a aniónmi. Vďaka svojej jedinečnej organicko-anorganickej hybridnej štruktúre a výnimočným vlastnostiam ponúkajú kompozity GO-polymér vysoký potenciál pre rozmanité priemyselné aplikácie. (Tolasz a kol. 2014)

Čo je redukovaný oxid grafénu?

Redukovaný oxid grafénu (rGO) sa vyrába ultrazvukovou, chemickou alebo tepelnou redukciou oxidu grafénu. Počas redukčného kroku sa odstráni väčšina kyslíkových funkcií oxidu grafénu, takže výsledný redukovaný oxid grafénu (rGO) má veľmi podobné vlastnosti ako nedotknutý grafén. Redukovaný oxid grafénu (rGO) však nie je bez chýb a je nedotknutý ako čistý grafén.

Literatúra/Referencie



Radi prediskutujeme váš proces.

Poďme sa skontaktovať.