Exfoliácia grafénu na vodnej báze

Ultrazvukový exfoliácia umožňuje produkovať niekoľkovrstvový grafén bez použitia drsných rozpúšťadiel len s použitím čistej vody. High-power ultrazvukom delamináta Graphene listy v krátkom ošetrení. Vyhýbanie sa rozpúšťadlám mení exfoliáciu grafénu na zelený, udržateľný proces.

Výroba grafénu prostredníctvom exfoliácie kvapalnej fázy

Graphene sa komerčne vyrába prostredníctvom takzvanej exfoliácie kvapalnej fázy. Exfoliácia grafénu v kvapalnej fáze si 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 listov, ultrazvukom bola stanovená ako vysoko spoľahlivá, efektívna a bezpečná technika na výrobu vysoko kvalitných grafénových listov vo veľkých množstvách na plne priemyselnej úrovni. Keďže používanie drsných rozpúšťadiel je vždy sprevádzané nákladmi, kontamináciou, komplexným odstránením a likvidáciou, bezpečnostnými obavami, ako aj environmentálnou záťažou, je výrazne výhodná netoxická a bezpečnejšia alternatíva. Graphene exfoliácia pomocou vody ako rozpúšťadlo a výkon ultrazvuk pre mechanickú delamináciu niekoľkých vrín grafén listy je preto vysoko sľubná technika pre výrobu zeleného grafénu.
Bežné rozpúšťadlá, ktoré sa často používajú ako kvapalná fáza na rozptýlenie nanosheetov grafénu, zahŕňajú dimetyl sulfoxid (DMSO), N,N-dimetylformamid (DMF), N-metyl-2-pyrrolidón (NMP), tetrametylmočovina (TMU), tetrahydrofurán (THF), propyléngyl-uhličitanateacetón (PC), etanol a formamid.
Ako už dlhodobo zavedená technika pre exfoliáciu grafénu v komerčnom meradle, ultrazvukom umožňuje produkovať vysoko kvalitný grafén vysokej čistoty za nízke náklady. Ako ultrazvukový Graphene exfoliácia môže byť úplne lineárne škálované na akýkoľvek objem, výrobný výnos vysoko kvalitných grafénových vločiek možno ľahko implementovať pre masovú výrobu grafénu.

Ultrazvukový exfoliácia grafénu vo vode

Tyurnina et al. (2020) skúmal účinky amplitúdy a intenzity ultrazvukom na roztoky čistých vodných grafitových roztokov a výslednú exfoliáciu grafénu. V štúdii použili Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Ultrazvukový exfoliácia pomocou vody bola aplikovaná ako jeden krok procesu pre niekoľko vrstvy Graphene delaminácie. Krátke ošetrenie 2h stačilo na výrobu niekoľkovrstvový grafén v otvorenej kadičky ultrazvukom nastavenie.

Vysokorýchlostná sekvencia (od a po f) rámov ilustrujúce sono-mechanickú exfoliáciu grafitových vločiek vo vode pomocou UP200s, 24 kHz ultrasonicator s 3-mm sonotrode. Šípky ukazujú miesto rozdelenia (exfoliácia) s kavitácia bubliny prenikajúce do rozdelenia.
© Tyurnina a kol. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Optimalizácia ultrazvukovej exfoliácie grafénu

Ultrazvukové nastavenie používané Tyurnina et al. (2020) môže byť ľahko optimalizované pre väčšiu účinnosť a rýchlejšiu exfoliáciu pomocou uzavretého ultrazvukového reaktora v prietokovom režime. Ultrazvukový inline liečba umožňuje výrazne jednotnejšie ultrazvukové ošetrenie všetkých grafitových surovín: kŕmenie grafit / vodný roztok priamo do uzavretého priestoru ultrazvukovej kavitácie, všetky grafit sa stáva rovnomerne sonicated vedie k vysokej výnosu vysoko kvalitné Graphene vločky.
Hielscher Ultrasonics systémy umožňujú presnú kontrolu nad všetkými dôležitými parametrami spracovania, ako je amplitúda, čas / retencia, energetický vstup (Ws / ml), tlak a teplota. Nastavenie optimálnych ultrazvukových parametrov vedie k najvyššiemu výnosu, kvalite a celkovej účinnosti.

Ako ultrazvukom podporovať Graphene exfoliácia

Keď sú vysokovýkonné ultrazvukové vlny spojené s kalom grafitového prášku a vody alebo akéhokoľvek rozpúšťadla, sonomechanické sily, ako sú vysoké šmykové, intenzívne turbulencie a vysokotlakové a teplotné diferenciály vytvárajú energeticky intenzívne podmienky. Tieto energeticky intenzívne podmienky sú výsledkom fenoménu akustickej kavitácie. Prečítajte si viac o ultrazvukovej kavitácie tu!
Výkon ultrazvuk iniciuje rozšírenie grafitového prášku, pretože tekutiny sú lisované medzi vrstvami grafénu, z ktorých sa skladá grafit. Ultrazvukový nožnické sily delamináť jednotlivé listy grafénu a rozptýliť ich ako Graphene vločky v roztoku. Na dosiahnutie dlhodobej stability grafénu vo vode je potrebná povrchovo aktívna látky.

Vysokovýkonné ultrasonicators pre exfoliáciu grafénu

Inteligentné vlastnosti Hielscher ultrasonicators sú navrhnuté tak, aby zaručili spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky a užívateľskú prívetivosť. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytáčané prostredníctvom intuitívneho menu, ktoré je prístupné prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládania prehliadača. Preto sa na vstavanej SD karte automaticky zaznamenávajú všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota. To vám umožní revidovať a porovnať predchádzajúce ultrazvukom beží a optimalizovať proces exfoliácie grafénu na najvyššiu účinnosť.
Hielscher Ultrasonics systémy sa používajú po celom svete pre výrobu vysoko kvalitných grafénových listov a oxidov grafénu. Hielscher priemyselné ultrasonicators môže ľahko spustiť vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke (24/7/365). Amplitúdy až do 200 μm môžu byť ľahko nepretržite generované so štandardnými sonotrodes (Ultrazvukové sondy / rohy a cascatrodes^Tm). Pre ešte vyššie amplitúdy, prispôsobené ultrazvukové sonotród sú k dispozícii. Vďaka svojej robustnosti a nízkej údržbe sú naše ultrazvukové exfoliačné systémy bežne inštalované pre náročné aplikácie a v náročných prostrediach.

Hielscher Ultrazvukové procesory pre Graphene exfoliácie sú už inštalované po celom svete v komerčnom meradle. Kontaktujte nás teraz diskutovať o vašom procese výroby grafénu! Naši skúsení zamestnanci sa radi podelia o viac informácií o procese exfoliácie, ultrazvukových systémoch a cenách!

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: