Ultrazvukové odlupovanie vodou dispergovateľného grafénu
- Mono-a bi-vrstva Graphene nanolisty môžu byť vyrábané rýchlo pomocou ultrazvukového exfoliácia s vysokou priepustnosťou a pri nízkych nákladoch.
- Rozpúšťadle exfoliovaný Graphene môže byť funkné s biopolymérov s cieľom získať vodu dispergovateľné Graphene.
- Ultrazvukový kavitácie, syntetizovaný Graphene môžu byť ďalej spracované do stabilnej vodnej báze disperzie.
Ultrazvukový exfoliácia vysokej kvality Graphene
Ultrazvukom je spoľahlivý spôsob, ako produkovať Graphene vrstiev (mono-, bi-a málo-vrstva Graphene) z grafitových vločiek alebo častíc. Zatiaľ čo iné spoločné techniky exfoliácia, ako sú guľové a valčeky alebo high-šmyku miešačky sú spojené s nízkou kvalitou a používanie agresívnych reagencií a rozpúšťadiel, Ultrazvukový exfoliácia metóda presvedčí jeho vysoko kvalitný výkon, Vysoká kapacita procesu a mierne podmienky spracovania.
Ultrazvuková kavitácia vytvára intenzívne šmykové sily, ktoré oddeľujú naskladané grafitové vrstvy na mono-, bi- a niekoľko vrstiev bezdefektného grafénu.
Grafénové listy dispergovateľné vo vode prostredníctvom ultrazvukom
Ultrazvukom je účinný postup s opakovateľnými výsledkami na rozmotanie uhlíknanorúrok vo vode alebo organických rozpúšťadlách. [/titulok] Za normálnych podmienok je grafén ťažko dispergovateľný vo vode a tvorí agregáty a aglomeráty, keď je rozptýlený vo vodnom médiu. Keďže vodné systémy majú významné výhody v tom, že sú lacné, netoxické, ekologické, grafénové systémy na vodnej báze sú veľmi atraktívne pre výrobcov grafénu a nadväzujúci priemysel.
Aby bolo možné získať vodu-dispersable Graphene nanolistov, rozpúšťadle exfoliovaný Graphene sa mení s polysacharidy/biopolyméry, ako je pullulan, chitosan, alginát, želatína alebo guma arabčiny.
- vysokokvalitný grafén
- Vysoký výnos
- vodnej báze disperzie
- vysoká koncentrácia
- vysoká účinnosť
- rýchly proces
- nízke náklady
- Vysoká priepustnosť
- Šetrné k životnému prostrediu
Protokol priamej exfoliácie grafitu pomocou ultrazvuku
Neiónový pullulán a aniónový alginát (1,0 g) boli oddelene rozpustené v 20 ml destilovanej vody, zatiaľ čo katiónový chitosan (0,4 g) bol rozpustený v 20 ml destilovanej vody s 1 hm. % kyseliny octovej. Grafitový prášok bol dispergovaný vo vodných roztokoch biopolyméru a ošetrený pomocou sondového typu ultrasonicator UP200S (maximálny výkon 200 W, frekvencia 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Nemecko) vybavený titánovou sonotródou (mikro hrot S3, priemer hrotu 3 mm, maximálna amplitúda 210μm, hustota akustického výkonu alebo povrchová intenzita 460 W cm-2) za nasledujúcich podmienok: 0,5 cyklu a 50% amplitúda, po dobu 10, 20, 30 a 60 minút. Najlepšie výsledky boli dosiahnuté pri 30min ultrazvukom. Sonikácia bola aplikovaná pri výkone 16, 25 W po dobu 30 minút, so spotrebou energie (energetický výstup na jednotku objemu) 731 Ws ml-1.
Následne boli zmesi odstredené pri 1500 ot / min po dobu 60 minút, aby sa odstránili neexfoliované grafitové častice a potom boli 5 krát premyté a znova odstredené pri 5000 ot / min po dobu 20 minút, aby sa odstránili prebytočné biopolyméry. Výsledné tmavosivé roztoky boli vákuovo sušené pri teplote 40 °C, až kým nedošlo k strate hmotnosti. Výsledné polymérovo-grafénové prášky boli redispergované vo vode (1 mg ml-1 pre pullulán a chitosan; 0,18 mg ml-1 pre alginát) na charakterizáciu. Grafénové listy získané ultrazvukom pullulan-, alginát-a chitosan-asistované ultrazvukom boli indikované ako pull-G, alg-G a chit-G, v uvedenom poradí.
Z troch systémov, pullulan a chitosan boli účinnejšie pri exfoliácii grafitu ako alginát. Táto metóda priniesla exfoliované mono-, Bi-, a málo-vrstvové Graphene listy s iba nízkou bočné (hrany) vady. Adsorpcia biopolymérov na graféne povrchu poskytuje dlhotrvajúcu stabilitu (viac ako 6 mesiacov) vodnej disperzie.
(porov. Unalan et al. 2015)

Vysokorýchlostná sekvencia (od a po f) rámov znázorňujúca sonomechanické odlupovanie grafitovej vločky vo vode pomocou UP200S, 200W ultrasonicator s 3-mm sonotródou. Šípky ukazujú miesto rozdelenia (exfoliácie) s kavitačnými bublinami prenikajúcimi do rozdelenia.
(štúdia a obrázky: © Tyurnina et al. 2020
Ultrasonicators pre exfoliáciu grafénu
Hielscher vysokovýkonné ultrazvukové procesory sa používajú po celom svete pre úspešnú exfoliáciu a disperziu grafitu a grafénu. Naše ultrazvukové rozptyľovače sú k dispozícii od laboratórnych a lavicových až po úplné priemyselné výrobné jednotky. Okrem robustnosti, prevádzky 24/7 a nízkej údržby, Hielscher ultrasonicators presvedčiť vysokou jednoduchosťou spracovania a lineárnou škálovateľnosťou.
Procesy môžu byť ľahko testované a optimalizované v laboratóriu. Potom môžu byť všetky výsledky procesu zmenšené úplne lineárne na komerčnú výrobnú úroveň. To robí ultrazvukom efektívnu a efektívnu výrobnú metódu pre vysoký objem vysoko kvalitných grafénových hárkov.
Hielscher Ultrazvukové priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200μm môžu byť ľahko nepretržite prevádzkované v prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Zodpovedajúce ultrazvukové reaktory zabezpečujú schopnosť spoľahlivej a bezpečnej hromadnej výroby vysoko kvalitných grafénových nanovrstiev, ako aj stabilných disperzií nanovrstiev.
Robustnosť ultrazvukových zariadení spoločnosti Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne 7 dní v týždni v náročných a náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:
Objem šarže | prietok | Odporúčané Devices |
---|---|---|
10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 až 20L | 02 až 4 l / min | UIP2000hdT |
10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000 |
neuv | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
neuv | väčšia | strapec UIP16000 |
Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!
Fakty stojí za to vedieť
grafén
Graphene je jednovrstvová z SP2-viazané atómy uhlíka. Graphene ponúka unikátne materiálne vlastnosti, ako je mimoriadna Veľká špecifická povrchová plocha (2620 m2G-1.), vynikajúce mechanické vlastnosti s modulom Young z 1 TPa a vnútornú pevnosť 130 GPa, extrémne vysoká elektronická vodivosť (Room-teplota elektrónové mobility 2,5 × 105 cm2 V-1.S-1.), veľmi vysoká Tepelná vodivosť (nad 3000 W m K-1.), aby sme vymenovali najdôležitejšie vlastnosti. Vzhľadom k svojej vynikajúcej vlastnosti materiálu, Graphene je silne používaný vo vývoji a výrobe vysokovýkonných batérií, palivové články, solárne články, superkondenzátor, vodíkové sklady, elektromagnetické štíty a elektronické zariadenia. Okrem toho, grafén je začlenený do mnohých nanokompozitných materiálov a kompozitné materiály ako posilnenie doplnkovej látky, napríklad v polymérov, keramiky a kovových matríc. Vzhľadom k svojej vysokej vodivosti, Graphene je dôležitou zložkou vodivé farby a atramenty.
Rýchly a bezpečný Ultrazvukový príprava bez vady Graphene pri veľkých objemoch pri nízkych nákladoch umožňuje rozšíriť aplikácie Graphene na viac a viac priemyselných odvetví.
Literatúra / Referencie
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.