Grafenske nanoploščice sintetizirane in razpršene s sondno ultrazvočno razbijenostjo

Grafenske nanoploščice (BNP) se lahko sintetizirajo in razpršijo z visoko učinkovitostjo in zanesljivostjo z uporabo zvočnih zvočnikov. Ultrazvok visoke intenzivnosti se uporablja za luščenje grafita in pridobivanje večplastnega grafena, ki se pogosto imenuje grafenske nanoploščice. Sonication se odlikuje tudi pri doseganju odlične porazdelitve grafenskih nanotrombocitov v nizko in zelo viskoznih suspenzijah.

Obdelava grafenskih nanotrombocitov – Vrhunski rezultati z ultrazvočnim razbijanjem

Za obdelavo grafenskih nanoploščic so sondni sonikatorji najučinkovitejše, zanesljivo in enostavno orodje. Ker se ultrasonication lahko uporablja za sintezo, disperzijo in funkcionalizacijo grafenskih nanotrombocitov, se sonikatorji uporabljajo za številne aplikacije, povezane z grafenom:

• Piling in sinteza Sonikatorji tipa sonde se uporabljajo za luščenje grafita v večplastni grafen ali grafenske nanoploščice. Ultrazvok visoke intenzivnosti moti medplastne sile in razgradi grafit na manjše, posamezne liste grafena.
• Disperzija: Doseganje enakomerne disperzije grafenskih nanotrombocitov v tekočem mediju je ključnega pomena za vse aplikacije, povezane z grafenom. Sonicatorji tipa sonde lahko enakomerno razpršijo nanoploščice po tekočini, preprečujejo aglomeracijo in zagotavljajo stabilno suspenzijo.
• Funkcionalizacija: Sonication olajša funkcionalizacijo grafenskih nanotrombocitov s spodbujanjem pritrditve funkcionalnih skupin ali molekul na njihove površine. Ta funkcionalizacija povečuje njihovo združljivost s posebnimi polimeri ali materiali.

Sinteza grafenskih nanotrombocitov s ultrazvočnim razbivanjem

Grafenske nanoploščice se lahko sintetizirajo z ultrazvočno podprtim pilingom grafita. Zato je grafitna suspenzija ultrazvočno obdelana z ultrazvočnim homogenizatorjem tipa sonde. Ta postopek je bil preizkušen z zelo nizkimi (npr. 4 % ali manj) do visokimi koncentracijami trdnih snovi (npr. 10 % mas.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Pridobljene slike grafenskih nanolistov s prenosnim elektronskim mikroskopom visoke ločljivosti
z ultrazvočno podprto vodno fazno disperzijo in Hummerjevo metodo.
(Študija in grafika: Ghanem in Rehim, 2018)

Kakšna je razlika med grafenskimi ploščami in nanotrombociti?

Grafenske plošče in grafenske nanoploščice so nanomateriali, sestavljeni iz grafena, ki je ena plast ogljikovih atomov, razporejenih v šesterokotno mrežo. Včasih se grafenske plošče in grafenske nanoploščice uporabljajo kot zamenljivi izrazi. Toda znanstveno obstaja nekaj razlik med temi grafenskimi nanomateriali: Glavna razlika med grafenskimi ploščami in grafenskimi nanoploščicami je v njihovi strukturi in debelini. Grafenski listi so sestavljeni iz ene plasti ogljikovih atomov in so izjemno tanki, medtem ko so grafenske nanoploščice debelejše in sestavljene iz več zloženih plasti grafena. Te strukturne razlike lahko vplivajo na njihove lastnosti in primernost za posebne aplikacije. Uporaba sondnih zvočnikov je zelo učinkovita in učinkovita tehnika za sintezo, razprševanje in funkcionalizacijo grafenskih enoslojnih grafenskih listov ter maloplastnih zloženih grafenskih nanoploščic.

Grafična vizualizacija ultrazvočne sinteze grafenskih nanotrombocitov z uporabo sonikatorja UP100H
(Študija in grafika: Ghanem in Rehim, 2018)

Disperzija grafenskih nanotrombocitov z uporabo ultrazvočnega razbijanja

Enakomerna disperzija grafenskih nanoploščic (BNP) je ključnega pomena v različnih aplikacijah, saj neposredno vpliva na lastnosti in zmogljivost nastalih materialov ali izdelkov. Zato so v različnih panogah nameščeni sonikatorji za grafenske nanotrombocitne disperzije. Naslednje panoge so pomembni primeri za uporabo močnega ultrazvoka:
 

• Nanokompoziti: Grafenske nanoploščice se lahko vključijo v različne nanokompozitne materiale, kot so polimeri, da se izboljšajo njihove mehanske, električne in toplotne lastnosti. Sonicatorji tipa sonde pomagajo pri enakomernem razprševanju nanotrombocitov v polimerni matrici, kar ima za posledico izboljšano delovanje materiala.
• Elektrode in baterije: Grafenske nanoploščice se uporabljajo pri razvoju visoko zmogljivih elektrod za baterije in superkondenzatorje. Sonication pomaga ustvariti dobro razpršene elektrodne materiale na osnovi grafena s povečano površino, kar izboljša zmogljivosti shranjevanja energije.
• Kataliza: Sonication se lahko uporablja za pripravo katalitičnih materialov na osnovi grafenskih nanotrombocitov. Enakomerna disperzija katalitskih nanodelcev na površini grafena lahko poveča katalitično aktivnost v različnih reakcijah.
• Senzorji: Grafenske nanoploščice se lahko uporabljajo pri izdelavi senzorjev za različne aplikacije, vključno z zaznavanjem plina, biosenzorjem in spremljanjem okolja. Sonication zagotavlja homogeno porazdelitev nanoploščic v senzorskih materialih, kar vodi do izboljšane občutljivosti in zmogljivosti.
• Premazi in filmi: Sonic-type sonicatorji se uporabljajo za pripravo premazov in filmov na osnovi grafenskih nanoploščic za uporabo v elektroniki, vesolju in zaščitnih premazih. Enakomerna disperzija in pravilen oprijem na podlage sta ključnega pomena za te aplikacije.
• Biomedicinske aplikacije: V biomedicinskih aplikacijah se grafenske nanoploščice lahko uporabljajo za dostavo zdravil, slikanje in tkivno inženirstvo. Sonication pomaga pri pripravi nanodelcev in kompozitov na osnovi grafena, ki se uporabljajo v teh aplikacijah.

SEM posnetki grafenskih nanotrombocitov pri (b) X3000 in (c) X8000
(Študija in slike: ©Alizadeh et al., 2018)

Znanstveno dokazani rezultati za ultrazvočne grafenske nanotrombocitne disperzije

Znanstveniki so v številnih študijah uporabili Hielscher sonicatorje za sintezo in disperzijo grafenskih nanotrombocitov in močno testirali učinke ultrazvočne razlage. Spodaj lahko najdete nekaj primerov za uspešno mešanje grafenskih nanoploščic v različne mešanice, kot so vodne suspenzije, ekspoy smole ali malta.
 
Običajen postopek za zanesljivo, hitro in enakomerno disperzijo grafenskih nanotrombocitov je naslednji postopek:
Za disperzijo so grafenske nanoploščice sonikirali v čistem acetonu z uporabo Hielscherjevega ultrazvočnega mešalnika UP400S skoraj eno uro, da bi preprečili aglomeracijo grafenskih listov. Aceton je bil popolnoma odstranjen z izhlapevanjem. Nato so grafenske nanoploščice dodali na 1 mas. % epoksidnega sistema in jih 15 minut sonikirali v epoksidni smoli pri 90 W.
(prim. Cakir et al., 2016)
 
Druga študija raziskuje ojačitev ionskih tekočih nanofluidov (ionanofluidov) z dodajanjem grafenskih nanotrombocitov. Za vrhunsko disperzijo je bila mešanica grafenskih nanotrombocitov, ionske tekočine in natrijevega dodecil benzen sulfonata homogenizirana z uporabo Hielscherjevega sondnega sondnega sonikatorja UP200S približno 90 minut.
(prim. Alizadeh et al., 2018)

 
(2019) poročajo o učinkoviti vključitvi grafenskih nanoploščic v malto. Zato so bile vodne suspenzije grafena proizvedene z dodajanjem nanotrombocitov - pri težah, ki jih vpiše želena ciljna vsebnost v nastalih materialih - v mešanicah običajne vode iz pipe in mehčalca ter nadaljnjim magnetnim mešanjem 2 minuti. Suspenzije so bile homogenizirane z ultrasonicacijo 90 minut pri sobni temperaturi z uporabo naprave Hielscher UP400S (Hielscher Ultrasonics GmbH), opremljene z 22-milimetrsko sonotrodo, ki zagotavlja moč 4500 J / min pri frekvenci 24 kHz. Specifična kombinacija energijske hitrosti in trajanja ultrazvočne razbijanja je bila ugotovljena kot optimalna po natančni raziskavi učinka ultrazvočnih parametrov kakovosti suspenzije.
(prim. Tragazikis et al., 2019)
 
(2018) v svojih raziskavah navajajo, da ustrezna disperzijska tehnika, kot je ultrazvočna razbijanje, zagotavlja, da lahko nanomateriali, kot so grafenske nanoploščice, izboljšajo lastnosti polnilnih materialov. To je posledica dejstva, da je disperzija eden najpomembnejših dejavnikov za proizvodnjo visokokakovostnih nanokompozitov, kot je epoksidna fugirna masa.

Visoko zmogljivi sonikatorji za obdelavo grafenskih nanotrombocitov

Hielscher Ultrasonics je vodilni na trgu, ko gre za visoko zmogljive ultrazvočne aparate za obdelavo nanomaterialov. Hielscherjevi sondni sondi se uporabljajo po vsem svetu v laboratorijih in industrijskih okoljih za različne aplikacije, vključno s predelavo grafenskih nanotrombocitov.
Najsodobnejša tehnologija, nemška izdelava in inženiring ter dolgoletne tehnične izkušnje naredijo Hielscher Ultrasonics vaš najljubši partner za uspešno ultrazvočno uporabo.

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: