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

Peeling grafénu na vodnej báze

Ultrazvuková exfoliácia umožňuje vyrábať niekoľkovrstvový grafén bez použitia agresívnych rozpúšťadiel iba s použitím čistej vody. Vysokovýkonná sonikácia delaminuje grafénové dosky v krátkom spracovaní. Vyhýbanie sa rozpúšťadlám mení exfoliáciu grafénu na zelený a udržateľný proces.

Výroba grafénu prostredníctvom exfoliácie v kvapalnej fáze

Ultrazvukový reaktor na exfoliáciu grafénu.Grafén sa komerčne vyrába prostredníctvom takzvanej exfoliácie v kvapalnej fáze. Exfoliácia grafénu v kvapalnej fáze vyžaduje použitie toxických, environmentálne škodlivých a drahých rozpúšťadiel, ktoré sa používajú ako chemická predbežná úprava alebo v kombinácii s technikou mechanickej disperzie. Pre mechanickú disperziu grafénových dosiek bola ultrazvuk stanovená ako vysoko spoľahlivá, efektívna a bezpečná technika na výrobu vysokokvalitných grafénových dosiek vo veľkých množstvách na plne priemyselnej úrovni. Keďže použitie drsných rozpúšťadiel je vždy spojené s nákladmi, kontamináciou, komplexným odstránením a likvidáciou, obavami o bezpečnosť, ako aj záťažou životného prostredia, je netoxická a bezpečnejšia alternatíva výrazne výhodná. Grafénová exfoliácia s použitím vody ako rozpúšťadla a výkonového ultrazvuku na mechanickú delamináciu niekoľkých vrstiev grafénových dosiek je preto veľmi sľubnou technikou pre výrobu zeleného grafénu.
Bežné rozpúšťadlá, ktoré sa často používajú ako kvapalná fáza na rozptýlenie grafénových nanolistov, zahŕňajú dimetylsulfoxid (DMSO), N,N-dimetylformamid (DMF), N-metyl-2-pyrrolidón (NMP), tetrametylmočovinu (TMU), tetrahydrofurán (THF), propylénkarbonátacetón (PC), etanol a formamid.
Ako už dlhodobo zavedená technika exfoliácie grafénu v komerčnom meradle umožňuje ultrazvuk vyrábať vysokokvalitný grafén vysokej čistoty pri nízkych nákladoch. Keďže ultrazvuková exfoliácia grafénu môže byť úplne lineárne škálovaná na akýkoľvek objem, výťažnosť vysokokvalitných grafénových vločiek je možné ľahko implementovať na hromadnú výrobu grafénu.

Žiadosť o informácie







Ultrazvuková exfoliácia grafénu vo vode

Tyurnina et al. (2020) skúmali účinky amplitúdy a intenzity sonikácie na čisté vodno-grafitové roztoky a výslednú exfoliáciu grafénu. V štúdii použili Hielscher UP200S (200 W, 24 kHz). Ultrazvuková exfoliácia pomocou vody bola aplikovaná ako jednokrokový proces pre niekoľkovrstvovú delamináciu grafénu. Krátke ošetrenie 2 hodiny stačilo na výrobu niekoľkovrstvového grafénu v otvorenom sonikácii kadičiek.

Ultrazvuková exfoliácia grafénu vo vode

Vysokorýchlostná sekvencia (od a do f) snímok ilustrujúcich sono-mechanickú exfoliáciu grafitovej vločky vo vode pomocou UP200s, 24 kHz ultrazvuku s 3 mm sonotrodou. Šípky ukazujú miesto štiepenia (exfoliácie) s kavitačnými bublinami prenikajúcimi do štiepenia.
© Tyurnina a kol., 2020

Optimalizácia ultrazvukovej exfoliácie grafénu

Ultrazvukový procesor UP200St so sonotródou a brúseným skleneným spojom.(2020) je možné ľahko optimalizovať pre väčšiu účinnosť a rýchlejšiu exfoliáciu pomocou uzavretého ultrazvukového reaktora v prietokovom režime. Ultrazvuková inline úprava umožňuje výrazne rovnomernejšie ultrazvukové ošetrenie všetkých grafitových surovín: privádzanie roztoku grafitu / vody priamo do uzavretého priestoru ultrazvukovej kavitácie, všetok grafit sa rovnomerne sonikuje, čo vedie k vysokému výťažku vysokokvalitných grafénových vločiek.
Ultrazvukové systémy Hielscher umožňujú presnú kontrolu nad všetkými dôležitými parametrami spracovania, ako je amplitúda, čas / retencia, energetický vstup (Ws/ml), tlak a teplota. Nastavenie optimálnych ultrazvukových parametrov má za následok najvyššiu výťažnosť, kvalitu a celkovú účinnosť.

Ako ultrazvuk podporuje exfoliáciu grafénu

Keď sa vysokovýkonné ultrazvukové vlny spoja do suspenzie grafitového prášku a vody alebo akéhokoľvek rozpúšťadla, sonomechanické sily, ako je vysoký strih, intenzívne turbulencie a vysoké tlakové a teplotné rozdiely, vytvárajú energeticky náročné podmienky. Tieto energeticky náročné podmienky sú výsledkom fenoménu akustické kavitácie.
Prečítajte si viac o ultrazvukovej kavitácii tu!
Výkonový ultrazvuk iniciuje expanziu grafitového prášku, pretože medzi vrstvami grafénu, z ktorých sa skladá grafit, sa vtláčajú tekutiny. Ultrazvukové šmykové sily delaminujú jednotlivé vrstvy grafénu a rozptyľujú ich ako grafénové vločky v roztoku. Na dosiahnutie dlhodobej stability grafénu vo vode je potrebná povrchovo aktívna látka.

Ultrazvuk UP200St (200W) rozptyľujúci sadze vo vode s použitím 1% hm. Tween80 ako povrchovo aktívnej látky.

Ultrazvuková disperzia sadzí pomocou ultrazvuku UP200St

Miniatúra videa

Mechnizmus ultrazvukovej exfoliácie v kvapalnej fáze grafénovej exfoliácie. Štúdia a obrázok od Tyurnina et al., 2021.

Mechnizmus ultrazvukovej exfoliácie v kvapalnej fáze grafénovej exfoliácie.
Štúdia a obrázok od Tyurnina et al., 2021.

Žiadosť o informácie







Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na exfoliáciu grafénu

Inteligentné funkcie ultrazvukových prístrojov Hielscher sú navrhnuté tak, aby zaručovali spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky a užívateľskú prívetivosť. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytočené pomocou intuitívneho menu, ku ktorému je možné pristupovať prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládača prehliadača. Preto sa všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenávajú na vstavanú SD kartu. To vám umožní revidovať a porovnávať predchádzajúce sonikácie a optimalizovať proces exfoliácie grafénu na najvyššiu účinnosť.
Ultrazvukové prístroje Hielscher je možné diaľkovo ovládať pomocou ovládania prehliadača. Parametre sonikácie je možné monitorovať a presne prispôsobovať požiadavkám procesu.Ultrazvukové systémy Hielscher sa používajú na celom svete na výrobu vysokokvalitných grafénových dosiek a oxidov grafénu. Priemyselné ultrazvuky Hielscher môžu ľahko prevádzkovať vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke (24/7/365). Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite generovať pomocou štandardných sonotród (ultrazvukové sondy / klaksóny a kaskatródyTM). Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Vďaka svojej robustnosti a nízkej údržbe sa naše ultrazvukové exfoliačné systémy bežne inštalujú pre náročné aplikácie a v náročných prostrediach.

Ultrazvukové procesory Hielscher na exfoliáciu grafénu sú už inštalované po celom svete v komerčnom meradle. Kontaktujte nás teraz a prediskutujte svoj proces výroby grafénu! Náš skúsený personál sa rád podelí o ďalšie informácie o procese exfoliácie, ultrazvukových systémoch a cenách!

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

 

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:

Objem dávky Prietok Odporúčané zariadenia
1 až 500 ml 10 až 200 ml/min UP100H
10 až 2000 ml 20 až 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20 l 00,2 až 4 l/min UIP2000hdT
10 až 100 l 2 až 10 l/min UIP4000hdT
N.A. 10 až 100 l/min UIP16000
N.A. väčší Zhluk UIP16000

Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Pomocou nižšie uvedeného formulára si môžete vyžiadať ďalšie informácie o ultrazvukových procesoroch, aplikáciách a cene. Radi s vami prediskutujeme váš proces a ponúkneme vám ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov.




Ultrazvukové homogenizátory s vysokým šmykom sa používajú v laboratórnych, stolových, pilotných a priemyselných spracovaniach.

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.



Literatúra / Referencie

Fakty, ktoré stoja za to vedieť

Čo je grafén?

Grafénová doska Grafén je monovrstva sp2-viazané atómy uhlíka. Grafén ponúka jedinečné materiálové vlastnosti, ako je mimoriadne veľká špecifická plocha (2620 m2g-1), vynikajúce mechanické vlastnosti s Youngovým modulom 1 TPa a vnútornou pevnosťou 130 GPa, extrémne vysokou elektronickou vodivosťou (pohyblivosť elektrónov pri izbovej teplote 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), veľmi vysoká tepelná vodivosť (nad 3000 W m K-1), aby sme vymenovali najdôležitejšie vlastnosti. Vďaka svojim vynikajúcim materiálovým vlastnostiam sa grafén vo veľkej miere používa pri vývoji a výrobe vysokovýkonných batérií, palivových článkov, solárnych článkov, superkondenzátorov, zásobníkov vodíka, elektromagnetických štítov a elektronických zariadení. Okrem toho je grafén začlenený do mnohých nanokompozitov a kompozitných materiálov ako výstužná prísada, napr. v polyméroch, keramike a kovových matriciach. Vďaka svojej vysokej vodivosti je grafén dôležitou zložkou vodivých farieb a atramentov.
Rýchla a bezpečná ultrazvuková príprava grafénu bez chýb vo veľkých objemoch pri nízkych nákladoch umožňuje rozšíriť aplikácie grafénu do čoraz väčšieho počtu priemyselných odvetví.
Grafén je vrstva uhlíka s hrúbkou jedného atómu, ktorú možno opísať ako jednovrstvovú alebo 2D štruktúru grafénu (jednovrstvový grafén = SLG). Grafén má mimoriadne veľký špecifický povrch a vynikajúce mechanické vlastnosti (Youngov modul 1 TPa a vnútorná pevnosť 130 GPa), ponúka skvelú elektronickú a tepelnú vodivosť, mobilitu nosičov náboja, priehľadnosť a je nepriepustný pre plyny. Vďaka týmto materiálovým vlastnostiam sa grafén používa ako výstužná prísada, ktorá dodáva kompozitom pevnosť, vodivosť atď. Aby sa spojili vlastnosti grafénu s inými materiálmi, grafén musí byť rozptýlený do zlúčeniny alebo sa musí nanášať ako tenkovrstvový povlak na substrát.


Spoločnosť Hielscher Ultrasonics dodáva vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnych až po priemyselné veľkosti.

Vysoko výkonné ultrazvuky! Sortiment produktov spoločnosti Hielscher pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrazvuku cez stolové jednotky až po plne priemyselné ultrazvukové systémy.

Radi prediskutujeme váš proces.

Poďme sa skontaktovať.