Hielscher Ultrazvukové technológie

Ultrazvukový Graphene produkcia

Ultrazvuková syntéza Graphene prostredníctvom exfoliácie grafitu je najspoľahlivejšou a najvýhodnejšou metódou na výrobu vysokokvalitných grafínových hárkov na priemyselnej úrovni. Hielscher High-Performance ultrazvukové procesory sú presne kontrolovateľné a môže generovať veľmi vysoké amplitúdy v 24/7 operácie. To umožňuje pripraviť vysoké objemy nedotknutej Graphene v facile a veľkosti-kontrolovateľné spôsobom.

Ultrazvukový príprava Graphene

Graphene listKeďže sú známe mimoriadne charakteristiky grafitu, vyvinulo sa niekoľko metód na jeho prípravu. Popri chemickej produkcii grafénov z oxidu grafénu v viacstupňových procesoch, pre ktoré sú potrebné veľmi silné oxidačné a redukčné činidlá. Okrem toho, Graphene pripravené za týchto drsných chemických podmienok často obsahujú veľké množstvo defektov aj po znížení v porovnaní s grafény získané z iných metód. Avšak, ultrazvuk je osvedčený alternatívou k produkcii vysoko kvalitných Graphene, a to aj vo veľkom množstve. Výskumníci vyvinuli mierne odlišné spôsoby použitia ultrazvuku, ale všeobecne Graphene produkcia je jednoduchý jednostupňový proces.
Ak chcete uviesť príklad konkrétneho Graphene výrobnej trasy: grafit sa pridáva v zmesi zriedenej organickej kyseliny, alkoholu a vody, a potom je zmes vystavená ultrazvukové ožarovanie. Kyselina pracuje ako “Molekulárny klin” ktorý oddeľuje listy grafénu z nadradeného grafitu. Týmto jednoduchým procesom sa vytvorí veľké množstvo nepoškodeného, vysokokvalitného grafénu rozptýleného vo vode. (A et al. 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

Obr. 1: AFM obraz exfoliovaných GO listov s tromi výškových profilov získaných na rôznych miestach (Stankovich et al. 2007)

UIP2000hdT-2kW ultrasonicator na spracovanie kvapaliny.

UIP2000hdT – 2kW Výkonný ultrasonicator pre Graphene exfoliácia

Žiadosť o informácie





Graphene priame exfoliácia

Ultrazvuk umožňuje prípravu grafénov v organických rozpúšťadlách, povrchovo aktívnych látok/vodných roztokov alebo iónových kvapalín. To znamená, že je možné vyhnúť sa použitiu silných oxidačných alebo redukujúcich látok. Stankovich et al. (2007) produkoval Graphene exfoliáciou pod ultrazvukom.
AFM obrazy oxidu grafénu expandovaný Ultrazvukový ošetrenie v koncentráciách 1 mg/ml vo vode vždy odhalila prítomnosť listov s jednotnou hrúbkou (~ 1 nm; príklad je zobrazený na obr. 1 nižšie). Tieto dobre exfoliované vzorky oxidu grafénu neobsahovali žiadne listy buď hrubšie alebo tenšie ako 1nm, čo viedlo k záveru, že úplné exfoliácia oxidu grafénu až po jednotlivé hárky Graphene oxidu bol skutočne dosiahnutý za týchto podmienok. (Stankovich et al. 2007)

Príprava Graphene listov

Stengl et al. preukázali úspešnú prípravu čistých grafických listov vo veľkom množstve počas výroby nonstochiometrického TiO2 Graphene nanocomposit tepelnou hydrolýzou suspenzie s grafickými nanolistami a koňou peroxo komplexom. Čisto Graphene nanolisty boli vyrobené z prírodného grafitu pomocou vysokej intenzity kavitácie pole generované Hielscher je Ultrazvukový procesor Uip1000hd vo vysokotlakovom ultrazvukovom reaktorovom 5 bar. Graphene listy získané, s vysokou špecifickú plochu a unikátne elektronické vlastnosti, môžu byť použité ako dobrú podporu pre TiO2 zvýšiť fotokatalytickú aktivitu. Výskumná skupina tvrdí, že kvalita rozpúšťadle pripravený Graphene je oveľa vyššia ako Graphene získaný Hummer metóda, kde je grafit expandovaný a oxiduje. Keďže fyzikálne podmienky v ultrazvukovom reaktoroch môžu byť presne kontrolované a predpokladom, že koncentrácia grafénu ako dopant sa bude líšiť v rozmedzí 1 – 0.001%, výroba grafénu v kontinuálnej sústave na komerčnom meradle je možné.

Príprava Ultrazvukový liečba oxidu Graphene

Oh et al. (2010) preukázali prípravu trasu pomocou ultrazvukového ožarovania produkovať Graphene oxid (GO) vrstiev. Preto, oni pozastavili dvadsať päť miligramov oxidu grafénového prášku v 200 ml de-ionizovanej vody. Miešaním získali nehomogénnu hnedú suspenziu. Výsledné suspenzie boli sonicated (30 min, 1,3 × 105J), a po vysušení (na 373 K) bol produkovaný rozpúšťadle liečených Graphene oxidu. Spektroskopia FTIR ukázali, že ultrazvukové ošetrenie nezmenilo funkčné skupiny oxidu grafénu.

Ultrasonicky exfoliované nanofónine oxid grafén

Obr. 2: SEM obraz grafén nanolistov získaných ultrazvukom (Oh et al. 2010)

Ultrazvukový syntézu Graphene s Hielscher UIP4000hdT

UIP4000hdT – 4 kW vysokovýkonný ultrasonicator

Funkcionalizácia Graphene listov

Xu a Suslick (2011) opísať pohodlný jeden-krok metóda pre prípravu polystyrénu funkcné grafitu. Vo svojej štúdii používali grafitové vločky a styrén ako základnú surovinu. Tým, sonicating grafitových vločiek v styrénu (reaktívny monomer), ultrazvukové ožarovanie vyústilo v mechanochemické exfoliácia grafitových vločiek do jednej vrstvy a niekoľko vrstiev Graphene listov. Súčasne sa dosiahla funkcionalizácia grafénových listov s polystyrénovým reťazcom.
Rovnaký proces funkcionalizácie možno vykonávať s inými vinylových monomérov pre kompozitných materiálov založených na graféne.

Príprava Nanoribbons

Výskumná skupina Hongjie Dai a jeho kolegovia z Stanford University našiel techniku na prípravu nanoribbons. Graphene stuhy sú tenké prúžky Graphene, ktoré môžu mať ešte užitočnejšie vlastnosti ako Graphene listy. Na šírkach asi 10 nm alebo menšie, Graphene stuhy správanie je podobné polovodičové ako elektróny sú nútení pohybovať pozdĺžne. Preto by mohlo byť zaujímavé používať nanoribbons s polovodičovými funkciami v elektronike (napr. pre menšie, rýchlejšie počítačové čipy).
Dai et al. Príprava Graphene nanoribbons základne na dva kroky: po prvé, oni uvoľnil vrstvy Graphene z grafitu tepelnou úpravou 1000 º C na jednu minútu v 3% vodíka v argónom plyne. Potom, Graphene bol rozdelený do pásov pomocou ultrazvukom. Nanoribbons získané touto technikou sú charakterizované oveľa ' hladšie’ hrany ako tie, ktoré sú vyrobené bežnými litografickými prostriedkami. (Jiao et al. 2009)

Príprava uhlíkových Nanoscrolls

Uhlíkové Nanoscrolls sú podobné multi-murované uhlíkové nanotrubice. Rozdiel v MWCNTs je otvorené tipy a plnú dostupnosť vnútorných povrchov do iných molekúl. Môžu byť syntetizované mokro-chemicky pomocou intercalating grafitu s draslík, exfoliácia vo vode a sonicating koloidné suspenzie. (porovnaj Viculis et al. 2003) Ultrazvukom pomáha rolovanie hore Graphene monovrstvách do uhlíkových nanoscrolls (pozri obr. 3). Dosiahla sa vysoká účinnosť premeny 80%, vďaka čomu je výroba nanoscrolls zaujímavá pre komerčné aplikácie.

Rozpúšťadle asistovanej syntézy uhlíkových nanoscrolls

Obr. 3: Ultrazvukový syntéza oxidu Nanoscrolls (Viculis et al. 2003)

Žiadosť o informácie





Graphene disperzie

Disperzné triedy Graphene a Graphene oxidu je nesmierne dôležité použiť plný potenciál Graphene s jeho špecifickými vlastnosťami. Ak Graphene nie je rozptýlený za kontrolovaných podmienok, polydisperzitou rozdelenia Graphene disperzie môže viesť k nepredvídateľné alebo neideálne správanie, akonáhle je začlenený do zariadenia, pretože vlastnosti Graphene sa líšia ako funkcia jeho štrukturálne Parametre. Ultrazvukom je preukázaná liečba oslabiť medzizodové sily a umožňuje presnú kontrolu dôležitých parametrov spracovania.
"Pre Graphene oxid (go), ktorý je typicky expandovaný ako jednovrstvové listy, jeden z hlavných polydisperzitou rozdelenia problémy vznikajú z variantov v bočnej oblasti vločiek. Bolo preukázané, že stredná laterálna veľkosť GO môže byť posunutá z 400 nm na 20 μm zmenou grafitových východiskových materiálov a sonikácie podmienok. " (Zelená et al. 2010)
Ultrazvukový dispergačné z grafénu, čo vedie k jemným a dokonca aj koloidným hnojom, sa preukázalo v rôznych iných štúdiách. (Liu et al. 2011/Baby et al. 2011/Choi et al. 2010)
Zhang et al. (2010) ukázali, že pri použití ultrazvukom stabilné Graphene disperzie s vysokou koncentráciou 1 mg · mL − 1 a relatívne čisté Graphene listy sú dosiahnuté, a ako-pripravené Graphene listy vykazujú vysokú elektrickú vodivosť 712 S v destinácii · m− 1. Výsledky Fourier premenil infračervené spektrá a Raman Spectra vyšetrenie naznačilo, že Ultrazvukový Prípravná metóda má menšie poškodenie chemickej a krištáľové štruktúry Graphene.

Vysokovýkonné ultrasonicators

Na výrobu vysoko kvalitných grafén nano-listov, je potrebné spoľahlivé vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia. Amplitúda, tlak a teplota sú základnými parametrami, ktoré sú rozhodujúce pre reprodukovateľnosť a konzistentnú kvalitu výrobkov. Hielscher Ultrasonics’ ultrazvukové procesory sú výkonné a presne kontrolovateľné systémy, ktoré umožňujú presné nastavenie parametrov procesu a kontinuálneho vysokovýkonného ultrazvukového výstupu. Hielscher Ultrasonics’ Priemyselné ultrazvukové procesory môžu dodávať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až do 200 μm sa dajú ľahko plynule spustiť v 24/7 prevádzke. Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje 24/7 prevádzku pri ťažkých a náročných prostrediach.
Naši zákazníci sú spokojní s vynikajúcou robustnosť a spoľahlivosť Hielscher ultrazvukové systémy. Inštalácia v oblasti ťažkých aplikácií, náročných prostrediach a 24/7 prevádzky zabezpečujú efektívne a hospodárne spracovanie. Ultrazvukový proces intenzifikácia skracuje čas spracovania a dosahuje lepšie výsledky, t. j. vyššiu kvalitu, vyššie výnosy, inovatívne produkty.
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
0.5 až 1,5 mL neuv VialTweeter
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
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 UIP4000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktujte nás / požiadajte o ďalšie informácie

Porozprávajte sa s nami o vaše požiadavky na spracovanie. Odporučíme najvhodnejšie nastavenie a spracovanie parametrov pre váš projekt.





Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Stiahnite si celý článok ako PDF tu:
Rozpúšťadle asistovanej príprave Graphene


Hielscher Ultrasonics vyrába vysoko výkonné ultrazvukové homogenizers pre disperziu, emulgáciu a extrakciu buniek.

Vysoko výkonné ultrazvukové homogenizers z laboratória do pilotnej a priemyselnej stupnice.

Literatúra / Referencie

  • A, X.; Simmons, T.; Shah, R.; Wolfe, C.; Lewis, K. M.; Washington, M.; Nayak, S. K.; Talapatra, S.; Kar, S. (2010): stabilné vodné disperzie Noncovalently funkčným Graphene z grafitu a ich multifunkčné High-Performance aplikácií. Nano písmená 10/2010. PP. 4295-4301.
  • Baby, T. th.; Ramaprabhu, S. (2011): vylepšený konvektívny prenos tepla pomocou grafénu rozptýleného nanofluidov. Nanoscale výskumné listy 6:289, 2011.
  • Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): aplikácie ultrazvuku na syntézu Nanoštruktúrovaných materiálov. Pokročilé materiály 22/2010. PP. 1039-1059.
  • Choi, E. Y.; Han, T. H.; Hong, J.; Kim, J. E.; Lee, S. H.; Kim, H. W.; Kim, S. O. (2010): Noncovalentná funkcionalizácia grafénu s koncovky funkčnými polymérmi. Vestník materiálov Chémia 20/2010. PP. 1907-1912.
  • Geim, A. K. (2009): Graphene: status a vyhliadky. Veda 324/2009. PP. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Zelená, A. A.; Hersam, M. C. (2010): vznikajúce metódy pre produkciu Monodisperse Graphene disperzie. Journal of fyzikálne chémia písmená 2010. PP. 544-549.
  • Guo, J.; Zhu, S.; Chen, Z.; Li, Y.; Yu, Z.; Liu, Z.; Liu, Q.; Li, J.; Feng, C.; Zhang, D. (2011): Sonochemická syntéza TiO (2 nanočastice na grafén pre použitie ako fotokatalyzátor
  • Hasan, K. ul; Sandberg, M. O.; Nur, O.; Willander, M. (2011): stabilizácia Polykácie Graphene suspenzie. Nanoscale výskumné listy 6:493, 2011.
  • Liu, X.; Pán, L.; LV, T.; Zhu, G.; Lu, T.; Slnko, Z.; Slnko, C. (2011): mikrovlnná rúra-Asistovaná syntéza TiO2-redukovaná kompozity grafénu pre fotokatalytickú redukciu CR (VI). RSC zálohy 2011.
  • Malig, J.; Englert, J. M.; Hirsch, A.; Guldi, D. M. (2011): mokrá chémia Graphene. Rozhranie elektrochemickej spoločnosti, jar 2011. PP. 53-56.
  • Oh, W. ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): vplyv tepelnej a ultrazvukovej liečby na tvorbu Graphene-oxidu Nanolistov. Časopis Kórejskej fyzickej spoločnosti 4/56, 2010. PP. 1097-1102.
  • Sametband, M.; Shimanovich, U.; Gedanken, A. (2012): Graphene oxid mikrosfér pripravený jednoduchý, jeden-krok ultrazvukom metóda. Nový vestník chémie 36/2012. PP. 36-39.
  • Savoskin, M. V.; Mochalin, V. N.; Yaroshenko, A. P.; Lazareva, N. I.; Konstanitinova, T. E.; Baruskov, I. V.; Prokofiev, I. G. (2007): uhlíkové nanoscrolls vyrobené zo zlúčenin-typu grafitových interkalácia zlúčenín. Carbon 45/2007. PP. 2797-2800.
  • Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.; Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. (2007): syntéza nanohárkov založených na grafickom základe chemickým znížením exfoliovaného oxidu grafitu. Carbon 45/2007. PP. 1558-1565.
  • Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, s. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite ako vysokovýkonné Fotokatalyzátory. In: Journal of fyzikálnej chémie C 115/2011. PP. 25209-25218.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer encyklopédia chemickej technológie; 4. Ed. J. Wiley & Synovia: New York, 1998, Vol. 26, PP. 517-541.
  • Viculis, L. M.; Mack, J. J.; Kaner, R. B. (2003): chemická cesta k uhlíkovej Nanoscrolls. Veda, 299/1361; 2003.
  • Xu, H.; Suslick, K. S. (2011): sonochemical príprava Funkcionalizované Graphenes. In: časopis americkej chemickej spoločnosti 133/2011. PP. 9148-9151.
  • Zhang, W.; On, W.; Jing, X. (2010): príprava stabilné Graphene disperzie s vysokou koncentráciou ultrazvukom. Vestníku fyzikálnej chémie B 32/114, 2010. PP. 10368-10373.
  • Jiao, L.; Zhang, L.; Wang, X.; Diankov, G.; Dai, H. (2009): úzky Graphene nanoribbons z uhlíkových nanotrubice. Príroda 458/2009. PP. 877-880.
  • Park, G.; Lee, K. G.; Lee, S. J.; Park, T. J.; Wi, R.; Kim, D. H. (2011): syntéza Graphene-Gold Nanocomposites cez sonochemical redukcia. Časopis Nanoscience a nanotechnológie 7/11, 2011. PP. 6095-6101.
  • Zhang, R.Q.; De Sakar, A. (2011): teoretické štúdie o formovaní, vlastnosti tuning a adsorpcie Graphene segmenty. In: M. Sergey (ed.): fyzika a aplikácie Graphene-teória. InTech 2011. PP. 3-28.


Fakty stojí za to vedieť

Čo je Graphene?

Grafit sa skladá z dvoch rozmerových listov SP2-hybridizovaných, šesťhranne usporiadané atómy uhlíka-Graphene-, ktoré sú pravidelne naskladané. Graphene je Atom-tenké listy, ktoré tvoria grafit non-lepenie interakcií, sa vyznačujú extrémnou väčšou plochu. Graphene ukazuje mimoriadnu pevnosť a pevnosť pozdĺž jeho bazálnej úrovne, ktorá dosahuje s cca 1020 GPa takmer silu hodnotu diamantu.
Graphene je základný konštrukčný prvok niektorých allotropes vrátane, okrem grafitu, aj uhlíkové nanotrubice a fullerenes. Používa sa ako prídavná látka, Graphene môže dramaticky zvýšiť elektrické, fyzikálne, mechanické a bariérové vlastnosti polymérnych kompozitov pri extrémne nízkych zaťažení. (Xu, Suslick 2011)
Podľa jeho vlastností, Graphene je materiál superlatív, a tým sľubujú pre odvetvia, ktoré produkujú kompozitov, nátery alebo MICROELECTRONICS. Geim (2009) opisuje Graphene ako supermateriál stručne v nasledujúcom odseku:
"Je to najtenší materiál vo vesmíre a najsilnejší niekedy meria. Jeho Charge dopravcovia vykazujú obrie vnútornú mobilitu, majú najmenšie účinné hmoty (to je nula) a môže cestovať micrometer-dlhé vzdialenosti bez rozptylu pri izbovej teplote. Graphene môže udržať aktuálne hustoty 6 objednávok vyšších ako meď, ukazuje rekordnú tepelnú vodivosť a stuhnutosť, je neprieptne na plyny a zmieriť také protichodné vlastnosti ako krehkosť a ťažnosť. Elektrónová preprava v graféne je opísaná v rovnici ako Dirac, ktorá umožňuje skúmanie relativistických kvantových javov v skúšobnom teste. "
Vzhľadom na tieto vynikajúce vlastnosti materiálu, Graphene je jedným z najsľubnejších materiálov a stojí v zameranie nanomateriály výskumu.

Potenciálne aplikácie pre Graphene

Biologické aplikácie: príkladom pre ultrazvukové Graphene prípravu a jeho biologické použitie je uvedený v štúdii "syntéza Graphene-Gold Nanocomposites cez sonochemical redukcia" od Park et al. (2011), kde nanokompozitný zo zníženého Graphene oxidu -Gold (au) nanočastice boli syntetizované súčasne znížením zlaté ióny a ukladanie zlatých nanočastíc na povrchu zníženej Graphene oxidu súčasne. Na uľahčenie znižovania zlatých iónov a tvorby kyslíkových funkcií na ukotvenie zlatých nanočastíc na zníženom oxid grafén sa ultrazvuková ožarovanie aplikovala na zmes reaktantov. Produkcia biomolekúl modifikovaná zlatou väzbou-peptid ukazuje potenciál ultrazvukového ožarovania Graphene a Graphene kompozitov. Preto, ultrazvuk sa zdá byť vhodným nástrojom na prípravu ďalších biomolekúl.
Elektronika: Graphene je vysoko funkčný materiál pre elektronický sektor. Vysoká mobilita nabíjacých dopravcov v rámci siete Graphene, Graphene je najvyšší záujem o rozvoj rýchlych elektronických súčiastok vo vysokofrekvenčnej technológii.
Senzory: ultrasonicky exfoliovaný Graphene môže byť použitý na výrobu vysoko citlivých a selektívnych vodovometrických snímačov (ktorých odpor sa rýchlo mení >10 000% v nasýtených etanolu para), a ultrakondenzátory s extrémne vysokou špecifickou kapacitné (120 F/g), hustota energie (105 kW/kg), a hustota energie (9,2 Wh/kg). (A et al. 2010)
Alkohol: pre produkciu alkoholu: bočné aplikácie môžu byť použitie Graphene vo výrobe alkoholu, tam Graphene membrány môžu byť použité na páliť alkoholu a aby sa tým alkoholické nápoje silnejšie.
Ako najsilnejší, najviac elektricky vodivé a jeden z najľahší a najviac flexibilné materiály, Graphene je sľubný materiál pre solárne články, katalýza, transparentné a emisné displeja, micromechanické rezonátory, tranzistory, ako katóda v lítium-vzduchové batérie, pre ultrazvukové chemické detektory, vodivé nátery, ako aj použitie ako prídavná látka v zlúčeninách.

Pracovný princíp vysokého výkonu ultrazvuk

Pri sonicating kvapaliny s vysokou intenzitou, zvukové vlny, ktoré šíria do kvapalných médií za následok striedavý vysokotlakové (kompresia) a nízkotlakové (rarefaction) cykly, s mierou v závislosti na frekvencii. Počas nízkotlakového cyklu, High-intenzita ultrazvukových vĺn vytvoriť malé vákuové bubliny alebo dutín v kvapaline. Keď bubliny dosiahnuť objemu, na ktorom už nemôžu absorbovať energiu, sa zrúti násilne počas vysokotlakového cyklu. Tento jav sa nazýva Kavitácia. Počas implozie veľmi vysoké teploty (cca 5, 000K) a tlaky (cca 2 000 ATM) sú dosiahnuté lokálne. Imploze kavitácia bublina tiež vedie k kvapalnej trysky až 280m/s rýchlosťou. (Suslick 1998) Rozpúšťadle generované kavitácie spôsobuje chemické a fyzikálne účinky, ktoré môžu byť aplikované na procesy.
Kavitácia-indukovaná Sonochemistry poskytuje jedinečnú interakciu medzi energiou a hmoty, s horúcimi škvrnami vnútri bubliny ~ 5000 K, tlaky ~ 1000 Bar, vykurovanie a chladenie sadzby >1010K s-1; Tieto mimoriadne podmienky umožňujú prístup k rôznym chemickým reakčným priestorom, ktoré bežne nie sú prístupné, čo umožňuje syntézu širokej škály nezvyčajných nanoštruktúrovaných materiálov. (Bang 2010)