Hielscher Ultrazvočna tehnologija

Ultrazvočni Graphene Priprava

Graphene

Grafit je sestavljen iz dveh dimenzij listov SP2 hibridiziramo, heksagonalno razporejenih atomi ogljika - za Graphene - da se redno zložene. V Graphene je atom tanka pločevina, ki tvorijo grafit z ne-veznih interakcij, značilna ekstremnega večje površine. Graphene kaže izredno moč in čvrstost po njegovih osnovnih nivojih, ki doseže s pribl. 1020 GPa skoraj moč vrednost diamanta.
Graphene je osnovni strukturni element nekaterih allotropes vključno, poleg grafita, tudi ogljikove nanocevke in fulerenov. Uporablja se kot dodatek, lahko Graphene dramatično povečanje električne, fizikalne, mehanske in tesnilne lastnosti polimernih kompozitov pri izjemno nizkih obremenitvah. (Xu, Suslick 2011)
S svojimi lastnostmi je grafit material superlativov in s tem obetaven za industrijo, ki proizvaja kompozite, premaze ali mikroelektroniko. Geim (2009) opisuje grafen kot supermaterialno kratek povzetek v naslednjem odstavku:
"To je najtanjši material v vesolju in najmočnejši doslej merjen. Njeni nosilci polnjenja kažejo velikansko notranjo mobilnost, imajo najmanjšo efektivno maso (to je nič) in lahko potujejo po mikrometerskih razdaljah brez razprševanja pri sobni temperaturi. Grafen lahko vzdržuje trenutne gostote 6 naročil višje od bakra, kaže rekordno toplotno prevodnost in togost, je neprepusten za pline in usklajuje tako konfliktne lastnosti kot krhkost in duktilnost. Transport elektronov v grafenu je opisan z Dirac podobno enačbo, ki omogoča preiskovanje relativističnih kvantnih pojavov v poskusu na vrhu. "
Zaradi značilnosti teh odprtih materiala je, Graphene je eden izmed najbolj obetavnih materialov in stoji v središču nanomaterialov raziskav.

Graphene consists in carbon atoms which are arranged in a regular hexagonal pattern. i

Zaradi svoje izjemne moči materiala in čvrstost, Graphene je najbolj obetavnih materialov v nano znanosti. © 2010AlexanderAIUS creativecommons

Prošnja za informacije




Upoštevajte naše Politika zasebnosti.


High Power Ultrazvok

Ko sonicne tekocine pri visokih intenzivnosth, zvočne valove, ki se razprostirajo v tekoce medije, privedejo do izmenicnih ciklov visokega tlaka (stiskanja) in nizkega tlaka (raztopine) s stopnjami, odvisnimi od frekvence. Med ciklusom nizkega tlaka ultrazvočni valovi z visoko intenzivnostjo ustvarijo majhne vakuumske mehurčke ali praznine v tekočini. Ko mehurčki dosežejo prostornino, na kateri ne morejo več absorbirati energije, se med visokotlačnim ciklom zrušijo. Ta pojav se imenuje kavitacija. Med implozijo so zelo visoke temperature (približno 5.000K) in pritiski (približno 2.000atm) doseženi lokalno. Vzglavje kavitacija mehurček odraža tudi v tekočem curki do 280m / s hitrost. (Suslick 1998) ultrazvočno generira kavitacije povzroča kemijske in fizikalne učinke, ki se lahko uporabljajo za postopke.
-Kavitacije inducirane Ultrazvočna kemija ponuja edinstveno interakcijo med energijo in materijo, z vročo notranjosti mehurčkov ~ 5000 K, pritiski ~ 1.000 bar, ogrevanje in hlajenje stopnje >1010K y-1; Te izredne razmere omogočajo dostop do številnih kemične reakcije prostora običajno ni dostopen, ki omogoča sintezo različnih nenavadnih nanostrukturne materiale. (Bang 2010)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

Ultrasonic kavitacija v tekočino

Ultrazvočni Priprava Graphene

Ker so poznane izredne značilnosti grafita, smo razvili več metod za njegovo pripravo. Poleg kemijske proizvodnje grafenov iz grafenskega oksida v večstopenjskih procesih, za katere so potrebni zelo močni oksidativni in reducirajoči agensi. Poleg tega grafen, pripravljen v teh težkih kemičnih pogojih, pogosto vsebuje veliko število napak tudi po zmanjšanju v primerjavi z grafeni, pridobljenimi iz drugih metod. Vendar pa je ultrazvok dokazana alternativa za proizvodnjo visokokakovostnega grafena, tudi v velikih količinah. Raziskovalci so z uporabo ultrazvoka razvili nekoliko drugačne načine, na splošno pa je proizvodnja grafena preprost postopek v enem koraku.
Za ponazoritev določenega proizvodnega Graphene relaciji: Grafit dodamo v zmesi razredčene organske kisline, alkohol in vodo, in nato zmes izpostavljena ultrazvočnega valovanja. Kislina deluje kot “molekulska klin” ki ločuje listov Graphene iz matične grafita. S tem preprost postopek, ki se ustvari velika količina nepoškodovane, visokokakovostnega Graphene dispergiranih v vodi. (An in sod. 2010)

Hielscher covers the full range from compact lab ultrasonicators to bench-top size and full commercial production size systems.

Zmogljivo in zanesljivo ultrazvočne naprave zaradi številnih aplikacijah, kot so homogenizacije, ekstrakcija, nano predelavo materiala ali sonokemija.

Graphene Direct Piling

Ultrazvok omogoča pripravo graphenes v organskih topilih, površinsko aktivnih snovi / vodne raztopine ali ionskih tekočin. To pomeni, da se z uporabo močnih oksidantov ali reducentov mogoče izogniti. Stankovič sod. (2007) proizvedena Graphene s pilingom pod ultrazvokom.
AFM slike Graphene oksida z ultrazvočno obdelavo listasti pri koncentraciji 1 mg / ml v vodi vedno pokazala prisotnost listov z enakomerno debelino (~ 1 nm; primer je prikazan na sliki 1 spodaj.). Ti dobro listasti-vzorci Graphene oksida vsebuje nobenih listov ali debelejši ali tanjši od 1 nM, ki vodijo do zaključka, da je popolna luščenje Graphene oksida navzdol na posamezne liste Graphene oksid dejansko dosežena pri teh pogojih. (Stankovič et al. 2007)

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

Slika 1:. AFM slika listasti GO listih treh višinskih profilov, pridobljenih v različnih lokacijah (Stankovič et al 2007).

Priprava grafena listov

Stengl sod. so pokazale uspešno pripravo čistih Graphene listov v velikih količinah pri proizvodnji nestohiometrični TiO2 Graphene nanocomposit s toplotno hidrolizo suspenzije z Graphene nanosheets in titanovega dioksida perokso kompleks. Čiste grafena nanosheets so proizvedeni iz naravnega grafita z uporabo kavitacije polje visoko intenzivnostjo ustvarjen z ultrazvočnim procesor Hielscher je UIP1000hd v ultrazvočni reaktorja visokotlačnem pri 5 bar. V plasti grafena listi, pridobljeni z visoko specifično površino in edinstvene elektronske lastnosti, se lahko uporablja kot dobro podporo za TiO2 za povečanje fotokatalitsko aktivnost. Raziskovalna skupina trdi, da je kakovost ultrazvočno pripravljene Graphene mnogo višja od Graphene pridobljen z Hummer metodi, kjer se grafit listasti in oksidiranega. Kot fizikalni pogoji v ultrazvočni reaktorja je mogoče natančno nadzoruje in ob predpostavki, da bo koncentracija Graphene kot dopanta spreminja v območju od 1 – 00,001%, proizvodnja Graphene v neprekinjenem sistemu za komercialna lestvica mogoče.

Priprava z ultrazvočnim zdravljenje Graphene oksid

Oh et al. (2010) so pokazali pripravo poti z uporabo ultrazvočnega valovanja za proizvodnjo Graphene oksida (go) plasti. Zato so ustavili petindvajset miligramov Graphene oksida v prahu v 200 ml deionizirane vode. Po mešanju so pridobljeni nehomogeno rjavo suspenzijo. Dobljene suspenzije smo sonicirali (30 min, 1,3 x 105J), in po sušenju (pri 373 k) ultrazvočno obdelamo Graphene oksid je bil proizveden. FTIR spektroskopijo je pokazala, da je ultrazvočna obdelava ni spremenila funkcionalne skupine Graphene oksida.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

Slika 2:. SEM slika Graphene nanosheets pridobiva z ultrazvokom (O et al 2010).

Funkcionalizacija grafena listov

Xu in Suslick (2011) opisujejo priročen način enostopenjski za pripravo polistirensko funkcionaliziran grafita. V svoji študiji, se uporabljajo grafitne kosmiči in stirena kot osnovno surovino. Z sonifikacijo grafitni kosmiči v stirena (reaktivni monomernih), ultrazvok obsevanje povzročila mehanokemijsko peeling grafitnih kosmičev v enoslojno in nekaj plasti grafena listov. Hkrati je bila dosežena funkcionalizacija od Graphene listov s polistirena verige.
Enak postopek funkcionalizacije lahko izvedemo z drugimi vinilnih monomerov za kompozite, ki temeljijo na Graphene.

Priprava Nanoribbons

Raziskovalna skupina Hongjie Dai in njegovi kolegi s Stanfordske univerze so našli tehniko za pripravo nanoribonov. Grafeni trakovi so tanki trakovi grafena, ki imajo lahko še bolj uporabne lastnosti kot grafene. Ob širinah okoli 10 nm ali manj, je obnašanje grafenskih trakov podobno polprevodniku, ker so elektrone prisiljeni premikati po dolžini. S tem bi bilo zanimivo uporabiti nanoribone s polprevodniškimi funkcijami v elektroniki (npr. Za manjše, hitrejše računalniške čipe).
Dai in sod. priprava grafena nanoribbons baz na dveh korakih: najprej se sprostila plasti grafena iz grafita s toplotno obdelavo 1000ºC enominutnih v 3% vodika v argonom. Potem smo Graphene razdeljena v trakove z uporabo Ultrasonication. V nanoribbons dobljenih s to metodo je značilna mnogo "gladka’ robovi tistih, ki z običajnimi litografski sredstvi. (Jiao et al., 2009)

Priprava Carbon Nanoscrolls

Ogljikove Nanoscrolls so podobni več stenami ogljikovih nanocevk. Razlika do MWCNTs je odprta nasveti in polno dostopnost notranjih površin na druge molekule. Lahko jih sintetiziramo mokro kemijsko z interkalacijski grafit s kalijem, piling v vodi in obdelamo z ultrazvokom koloidno suspenzijo. (Glej Viculis et al. 2003) da ultrazvokom pomaga pomikanjem navzgor od Graphene monosloje v ogljikov nanoscrolls (glej sl. 3). Visoka učinkovitost konverzije 80%, je bil dosežen, ki omogoča proizvodnjo nanoscrolls zanimive za komercialne namene.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

Slika 3: Ultrazvočni sinteza Carbon Nanoscrolls (Viculis et al 2003).

grafena disperzije

Disperzijski razred grafena in grafenskega oksida je izredno pomemben za uporabo celotnega potenciala grafena s svojimi posebnostmi. Če grafena ni razpršena pod nadzorovanimi pogoji, lahko polidisperznost grafenske disperzije privede do nepredvidljivega ali neidealnega vedenja, ko je vgrajena v naprave, ker se lastnosti grafena spreminjajo v odvisnosti od njegovih strukturnih parametrov. Sonication je dokazano zdravljenje za oslabitev vmesnih slojev in omogoča natančen nadzor pomembnih predelovalnih parametrov.
"Za Graphene oksida (GO), ki je običajno listasti kot enoslojne plošče, eden izmed glavnih polidisperznost izzive izhaja iz razlike v stranskem območju kosmičev. Izkazalo se je, da je povprečna bočno velikost GO lahko preusmeri od 400 nm do 20 um s spreminjanjem grafit izhodni material in pogoje sonikacijo je. «(Green et al. 2010)
ultrazvočni razprševanje iz grafena, ki izhajajo iz likovne in celo koloidnih blata je bila dokazana v številnih drugih študij. (Liu et al. 2011 / Baby et al. 2011 / Choi et al. 2010)
Zhang et al. (2010) so pokazale, da jih je uporabo ultrazvoka · ml-1 in relativno čistih grafena listi se ustali Graphene disperzije z visoko koncentracijo 1 mg, in kot pripravljene-grafena listi kažejo visoko električno prevodnost 712 S · m-1. Rezultati Fourierovo transformacijo IR spektrom in Raman spektrov pregleda so pokazali, da je metoda ultrazvočna priprava manj škode kemičnih in kristalnih struktur Graphene.

potencialni Aplikacije

Biološke uporabe: primer za ultrazvočni grafenski pripravek in njegovo biološko uporabo je podan v študiji "Sinteza grafenskih zlitinskih nanokompozitov s sonokemično redukcijo", ki jo je izvedel Park et al. (2011), kjer so nanodelci iz zoženih nanodelcev z grafeno oksidom (Au) sintetizirali s hkratnim zmanjševanjem zlatnih ionov in nanosom zlatih nanodelcev na površino zmanjšanega grafenskega oksida hkrati. Za olajšanje redukcije zlatih ionov in generiranje funkcij kisika za sidranje zlatih nanodelcev na zmanjšan grafen oksid smo uporabili ultrazvočno obsevanje zmesi reaktantov. Proizvodnja zlitin-peptid-modificiranih biomolekul kaže potencial ultrazvočnega obsevanja grafena in grafenskih kompozitov. Zato se zdi, da je ultrazvok primerno orodje za pripravo drugih biomolekul.
Elektronika: Graphene je zelo funkcionalen material za elektronsko sektorju. Z visoko mobilnostjo nosilcev naboja v omrežje grafena je, Graphene je najvišji interes za razvoj hitrih elektronskih komponent v visokofrekvenčno tehnologijo.
Zaznavala: ultrazvočno listasti Graphene se lahko uporabljajo za izdelavo visoko občutljivih in selektivnih konduktometrično senzorji (S odpornost hitro spreminja >10 000% nasičenih etanolu hlapi) in ultracapacitors z izjemno visoko specifično kapacitivnosti (120 J / g), gostota moči (105 kW / kg) in gostoto energije (9.2 Wh / kg). (An in sod. 2010)
Alkohol: Za proizvodnjo alkohola: Stranski aplikacija je lahko uporaba Graphene v proizvodnji alkohola, se lahko grafena membrane se uporablja, da destilira alkohol in da se s tem alkoholnih pijač močnejši.
Kot najmočnejši, najbolj Električno prevodna in eden od najlažjih in najbolj prožnih materialov, Graphene je obetaven material za sončne celice, kataliza, preglednih in sproščajo zaslonov, mikromehanskih resonatorji, tranzistorjev, kot katodo v litij-zračnih baterij za ultrasensitive kemične detektorje , prevodni premazi, kot tudi uporabo kot dodatek v spojinah.

Kontaktirajte nas / Vprašajte za več informacij

Pogovorite se z nami o vaših zahtev obdelave. Mi bo priporočil najustreznejše namestitev in obdelavo parametrov za vaš projekt.





Prosimo, upoštevajte naše Politika zasebnosti.


Prenesite celoten članek v PDF formatu tukaj:
Ultrazvočno pomaga pripravo plasti grafena

Literatura / Reference

  • An, X .; Simmons, T .; Shah, R .; Wolfe, C .; Lewis, K. M .; Washington, M .; Nayak, S. K .; Talapatra, S .; Kar, S. (2010): Stabilne Vodne disperzije za nekovalentno Funkcionaliziran grafena iz grafita in njihovih Večnamensko visoko zmogljivo aplikacije. Nano Letters 10/2010. str. 4295-4301.
  • Baby, T. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): Izboljšan konvektivni prenos toplote s pomočjo grafena razpršena nanofluids. Nano Research Letters 6: 289, 2011.
  • Pok, J. H .; Suslick, K. S. (2010): Uporaba ultrazvoka v Povzetku nanostrukturne materiale. Napredni materiali 22/2010. str. 1039-1059.
  • Choi, E. Y .; Han, T. H .; Hong, J .; Kim, J. E .; Lee, S. H .; Kim, H. W .; Kim, S. O. (2010): nekovalentnimi funkcionalizacija Graphene s končnimi-funkcionalni polimeri. Journal of Materials Chemistry 20/2010, str. 1907-1912.
  • Geim, A. K. (2009): Graphene: Stanje in obeti. Znanost 324/2009. str. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Green, A. .; Hersam, M. C. (2010): novimi metodami za produkcijo Monodisperzni Graphene disperzije. Journal of Physical Chemistry pisem 2010. str. 544-549.
  • Guo, J .; Zhu, S .; Chen, Z .; Li, Y .; Yu, Z .; Liu, Z .; Liu, Q .; Li, J .; Feng, C .; Zhang, D. (2011): Sonokemijska sinteza TiO (2 nanodelcev na Graphene za uporabo kot fotokatalizator
  • Hasan, K. ul; Sandberg, M. O .; Nur, O .; Willander, M. (2011): stabilizacija polikation suspenzij Graphene. Nano Research Letters 6: 493, 2011.
  • Liu, X .; Pan, L .; Lv, T .; Zhu, G .; Lu, T .; Ned, Z .; Ned, C. (2011):-Mikrovalovna pomaga sintezo kompozitov Graphene oksid-TiO2 zmanjšana za fotokatalitski zmanjšanje Cr (VI). RSC Predujmi 2011.
  • Malig, J .; Englert, J. M .; Hirsch, A .; Guldi, D. M. (2011): Mokro Kemija plasti grafena. Vmesnik elektrokemično društvo, pomlad 2011. str. 53-56.
  • Oh, W. Ch .; Chen, M. L .; Zhang, K .; Zhang, F. J .; Jang, W. K. (2010): Vpliv toplotne in ultrazvočni obdelavi na oblikovanje Nanosheets Graphene-oksid. Journal of Society 4/56 Korejskega Physical, 2010. str. 1097-1102.
  • Sametband, M .; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): mikrosfere Graphene oksida z navadno, enostopenjskem postopku ultrazvočni pripravljene. Novi list kemijo 36/2012. str. 36-39.
  • Savoskin, M. V .; Mochalin, V. N .; Yaroshenko, A. P .; Lazareva, N. I .; Konstanitinova, T. E .; Baruskov I. V .; Prokofjev I. G. (2007): ogljikovi nanoscrolls proizvedene iz akceptorja tipa grafit interkalacijskimi spojin. Carbon 45/2007. str. 2797-2800.
  • Stankovič, S .; Dikin, D. .; PiNER, R. D .; Kohlhaas, K. S .; Kleinhammes, A .; Jia, Y .; Wu, Y .; Nguyen, S., T .; Ruoff, R. S. (2007): Sinteza nanosheets na osnovi Graphene s kemično redukcijo listasti grafita oksida. Carbon 45/2007. str. 1558-1565.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene nanokompozitov kot High Performance Photocatalysts. V: list fizikalno kemijo C 115/2011. str. 25.209-25.218.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmerjevem Enciklopedija kemijsko tehnologijo; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, Vol. 26, str. 517-541.
  • Viculis, L. M .; Mack, J. J .; Kaner, R. B. (2003): kemikalija, Pot na ogljik Nanoscrolls. Znanost, 299/1361; 2003.
  • Xu, H .; Suslick, K. S. (2011): Sonokemijska pripravo funkcionaliziranih Graphenes. V: list Ameriškega kemijskega društva 133/2011. str. 9148-9151.
  • Zhang, W .; On, W .; Jing, X. (2010): pripravo stabilnega Graphene disperzije z visoko koncentracijo z ultrazvokom. Revija za fizikalno kemijo B 32/114, 2010, str. 10368-10373.
  • Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Diankov, G .; Dai, H. (2009): Ozki grafena nanoribbons iz ogljikovih nanocevk. Narava 458/2009 str. 877-880.
  • Park, G .; Lee, K. G .; Lee, S. J .; Park, T. J .; Wi, R .; Kim, D. H. (2011): Sinteza plasti grafena-Gold nanokompozitov preko Sonokemijske zmanjšanje. List nanoznanosti in nanotehnologije 7/11, 2011. str. 6095-6101.
  • Zhang, RQ; De Sakar, A. (2011): Teoretične študije o nastanku, nastavljanju lastnine in adsorpciji grafenskih segmentov. In: M. Sergey (ur.): Fizika in aplikacije grafena - teorija. InTech 2011. str. 3-28.