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

Ultrasonic disperser UIP4000hdT for commercial graphene exfoliation in continuous flowGraphene 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.

Žiadosť o informácie





Ultrasonic disperser UIP2000hdT, a 2000 watts powerful sonic system, for graphene exfoliation and dispersion.

Na UIP2000hdT je 2kW silný ultrazvukový dispergátor pre exfoliáciu a disperziu 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.

Ultrasonic graphene exfoliation in water

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

Ultrazvukový procesor UP200St s sonotrode a mletým skleneným kĺbom.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.

ultrasonicator UP200St (200W) rozptyľuje grafénové listy

Žiadosť o informácie





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's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.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 cascatrodesTm). 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:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
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

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Prosím, použite formulár nižšie požiadať o ďalšie informácie o ultrazvukové procesory, aplikácie a ceny. Budeme radi diskutovať o vašom procese s vami a ponúknuť vám Ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.

Literatúra/referencie

  • Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitrij G. Eskin (2020): Ultrazvukové exfoliácia grafénu vo vode: Štúdia kľúčových parametrov. Uhlíkový vol. 168, 2020. 737-747.
    (K dispozícii pod Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. Úplné podmienky nájdete tu.)
  • Štengl V., Henych J., slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrazvuk exfoliácia anorganických analógov grafénu. Nanoscale výskumné listy 9 (1), 2014.
  • Unalan M.J., WAN C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysacharidovo-Asistované rýchle exfoliácia grafitových doštičiek do vysoko kvalitných grafénových hárkov S dispergovateľnými vodou. RSC zálohy 5, 2015. 26482–26490.
  • Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): aplikácie ultrazvuku na syntézu Nanoštruktúrovaných materiálov. Pokročilé materiály 22/2010. PP. 1039-1059.
  • Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, s. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite ako vysokovýkonné Fotokatalyzátory. In: Journal of fyzikálnej chémie C 115/2011. PP. 25209-25218.



Fakty stojí za to vedieť

grafén

Graphene list 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.
Graphene je jeden-Atom-silná vrstva uhlíka, ktoré možno opísať ako jednovrstvové alebo 2D štruktúra Graphene (jedna vrstva Graphene = SLG). Graphene má mimoriadne veľké špecifické plochy a vynikajúce mechanické vlastnosti (Young modul z 1 TPA a vnútornú pevnosť 130 GPA), ponúka veľké elektronické a tepelné vodivosť, nabíjanie dopravcu mobility, transparentnosť, a je nepriepmovateľné na plyny. Vzhľadom k týmto materiálom vlastnosti, Graphene sa používa ako posilnenie doplnkovej látky, aby kompozitov jeho silu, vodivosť, atď. Aby bolo možné kombinovať vlastnosti Graphene s inými materiálmi, grafén sa musí rozptýliť do zlúčeniny alebo sa aplikuje ako tenký povlak na podklad.


Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

Vysokovýkonné ultrazvukom! Produktový rad Hielscher pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrasonicatoru cez stolové jednotky až po plnoindustriálne ultrazvukové systémy.