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:
Prášok oxidu grafitu sa zmieša vo vodnom roztoku KOH s hodnotou pH 10. Na exfoliáciu a následnú disperziu sa používa sondový ultrasonicator UP200St (200W). Potom sa ióny K+ naviažu na bazálnu rovinu grafénu, aby vyvolali proces starnutia. Starnutie sa dosahuje rotačným odparovaním (2 hodiny). Aby sa odstránili nadmerné ióny K+, prášok sa niekoľkokrát premyje a odstredí.
Získaná zmes sa odstredí a lyofilizuje, takže dispergovateľný prášok oxidu grafénu sa vyzráža.
Príprava vodivej pasty z oxidu grafénu: Prášok oxidu grafénu sa môže dispergovať v dimetylformamide (DMF) pod ultrazvukom, aby sa vytvorila vodivá pasta. (Han a kol.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:
- mikrosférický kompozit oxidu grafénu a TiO2
- 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
Sonikátory pre spracovanie grafénu a oxidu grafénu
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 tak, aby poskytovali veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200μm môžu byť ľahko nepretržite prevádzkované v prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy, Hielscher ponúka prispôsobené ultrazvukové sondy. Všetky naše ultrazvukové procesory môžu byť presne nastavené na požadované procesné podmienky a ľahko monitorované prostredníctvom vstavaného softvéru. To zaručuje najvyššiu spoľahlivosť, konzistentnú kvalitu a reprodukovateľné výsledky. Robustnosť ultrazvukom Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 v ťažkých a náročných prostrediach. Vďaka tomu je ultrazvukom preferovanou výrobnou technológiou pre rozsiahlu prípravu grafénu, oxidu grafénu a grafitických 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
Ak sa chcete dozvedieť viac o ultrazvukovej syntéze grafénu, disperzii a funkcionalizácii, kliknite sem:
- Výroba grafénu
- Grafénové nanodoštičky
- Exfoliácia grafénu na vodnej báze
- grafén dispergovateľný vodou
- Grafénový oxid
- Xenóny
Fakty stojí za to vedieť
Ultrazvuk a Kavitácia: ako grafit je Exfoliated na Graphene oxid pod ultrazvukom
Ultrazvuková exfoliácia oxidu grafitu (GrO) je založená na vysokej šmykovej sile vyvolanej akustickou kavitáciou. Akustická kavitácia vzniká v dôsledku striedavých vysokotlakových / nízkotlakových cyklov, ktoré sú generované spojením silných ultrazvukových vĺn v kvapaline. Počas nízkotlakových cyklov sa vyskytujú veľmi malé dutiny alebo vákuové bubliny, ktoré rastú počas striedajúcich sa nízkotlakových cyklov. Keď vákuové bubliny dosiahnu veľkosť, pri ktorej nemôžu absorbovať viac energie, počas vysokotlakového cyklu prudko skolabujú. Implózia bublín má za následok kavitačné šmykové sily a stresové vlny, extrémnu teplotu 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.
Literatúra / Referencie
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.