Piling grafena na vodni osnovi
Ultrazvočni piling omogoča izdelavo malo plasti grafena brez uporabe ostruga topila samo z uporabo čiste vode. Visoko moč sonication delaminira grafene liste v kratkem zdravljenju. Izogibanje topilom spremeni grafensko piling v zelenem, trajnostnem procesu.
Proizvodnja grafena prek pilinga tekoče faze
Graphene se komercialno izdeluje s tako imenovanim pilingom tekoče faze. Za tekoče fazno piling grafena je potrebna uporaba strupenih, okolju škodljivih in dragih topil, ki se uporabljajo kot kemična predobdelitev ali v kombinaciji z/z mehansko disperzijo tehniko. Za mehansko disperzijo grafenih listov je bila ultrasonication vzpostavljena kot zelo zanesljiva, učinkovita in varna tehnika za izdelavo visokokakovostnih grafenih listov v velikih količinah na popolnoma industrijski ravni. Ker uporabo grobih topil vedno spremljajo stroški, kontaminacija, kompleksno odstranjevanje in odstranjevanje, varnostne skrbi ter okoljsko breme, je znatno ugodna nestrupena in varnejša alternativa. Grafensko piling z uporabo vode kot ultrazvoka za topilo in moč za mehansko delaminacijo malo plasti grafenih listov je zato zelo obetavna tehnika za izdelavo zelenega grafena.
Pogosta topila, ki se pogosto uporabljajo kot tekoča faza za razprševanje grafenih nanosheetov, Uključiti dimetil sulfoksid (DMSO), N,N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirolidon (NMP), Tetrametilurea (TMU), Tetrahidrofuran (THF), propilen karbonateaceton (PC), etanol i formamid.
Kot že dolgoročna uveljavljena tehnika za grafensko piling v komercialnem obsegu, ultrasonication omogoča izdelavo visokokakovostnega grafena visoke čistosti ob nizkih stroških. Ker je ultrazvočno grafensko piling lahko popolnoma lineano razmahnjena na vsako prostornino, se lahko proizvodni donos visokokakovostnih grafenih kosmiči zlahka izvaja za množično proizvodnjo grafena.
na UIP2000hdT je 2kW zmogljiv ultrazvočni razpršilnik za grafen piling in disperzijo.
Ultrazvočno piling grafena v vodi
Tyurnina et al. (2020) je preiskala učinke amplitude in intenzivnosti sonicije na čiste vodno-grafitne raztopine in posledična grafenska pilinga. V študiji so uporabili Hielscher UP200S (200W, 24 kHz). Ultrazvočno piling z uporabo vode je bil uporabljen kot en korak proces za malo plasti grafene delaminacije. Kratka obdelava 2h je zadostovalo za izdelavo malo plasti grafena v odprtem nastavitev sonication beaker.
Hitro zaporedje (od a do f) okvirjev, ki ponazarjajo sono-mehansko piling grafitnega kosmiča v vodi z uporabo UP200s, ultrazvočnegatorja 24 kHz s 3-mm sonotrodo. Puščice prikazujejo mesto razcepa (pilinga) s kavitacijo mehurčki, ki se penetracijo razcepi.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
Optimizacija ultrazvočnega grafenska pilinga
Ultrazvočno nastavitev, ki jo uporablja Tyurnina et al. (2020) je mogoče enostavno optimizirati za večjo učinkovitost in hitrejše piling z uporabo zaprtega ultrazvočnega reaktorja v načinu pretoka. Ultrazvočna inline obdelava omogoča bistveno bolj enotno ultrazvočno obdelavo vseh grafitnih surovin: hranjenje grafita / vodne raztopine neposredno v omejenem prostoru ultrazvočne kavitacije, vse grafit postane enotno sonicated, kar povzroči visok donos visokokakovostnih grafenih kosmiči.
Hielscher Ultrasonics sistemi omogočajo natančni nadzor nad vsemi pomembnimi procesnimi parametri, kot so amplituda, čas / zadrževanje, vnos energije (Ws/mL), tlak in temperatura. Nastavitev optimalnih ultrazvočnih parametrov ima za rezultat največji donos, kakovost in splošno učinkovitost.
Kako ultrasonication spodbuja Graphene piling
Ko se ultrazvočni valovi visoke moči združijo v slurry grafitnega prahu in vode ali katerega koli topila, sonomehanske sile, kot so visoko ščipne, intenzivne turbulence in visokotlačni in temperaturni razliki ustvarjajo energijsko intenzivne pogoje. Ti energijsko intenzivni pogoji so posledica pojava akustične kavitacije. Več o ultrazvočni kavitatvi preberite tukaj!
Z ultrazvokom moči se sproži širitev grafitnega prahu, saj se tekočine stiskajo med grafenimi plastmi, od katerih je grafit sestavljen. Ultrazvočne smika sile delaminiranje enotne liste grafena in jih razpršijo kot grafene kosmiče v raztopini. Za dolgoročno stabilnost grafena v vodi je potrebno površinsko aktivna snov.
Mehnizem ultrazvočne tekoče faze piling grafena piling.
Študija in slika tyurnina et al., 2021.
Ultrasonicatorji visoke zmogljivosti za grafen piling
Pametne funkcije Ultrasonicators Hielscher so zasnovane tako, da zagotavljajo zanesljivo delovanje, ponovljive rezultate in prijaznost uporabnika. Do operativnih nastavitev je mogoče enostavno dostopati in klicati preko intuitivnega menija, do katerega lahko dostopate prek digitalnega barvnega zaslona na dotik in daljinskega upravljalnika brskalnika. Zato se vsi pogoji obdelave, kot so neto energija, skupna energija, amplituda, čas, tlak in temperatura, samodejno zapišejo na vgrajeno SD kartico. To vam omogoča, da pregledate in primerjate prejšnje sonication teče in optimizirati grafen piling proces do najvišje učinkovitosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi se uporabljajo po vsem svetu za izdelavo visokokakovostnih grafenih listov in grafenih oksidov. Hielscher industrijski ultrasonicatorji lahko brez težav zaženejo visoke amplitude v neprekinjenem delovanju (24/7/365). Amplitude do 200μm je mogoče enostavno neprekinjeno ustvarjati s standardnimi sonotrodi (ultrazvočne sonde / rogovi in cascatrodesTm). Za še višje amplitude so na voljo prilagojeni ultrazvočni sonotrodi. Zaradi svoje robustnosti in nizkega vzdrževanja so naši ultrazvočni sistemi za piling običajno nameščeni za zahtevne aplikacije in v zahtevnih okoljih.
Hielscher ultrazvočni procesorji za grafensko piling so že nameščeni po vsem svetu v komercialnem obsegu. Kontaktirajte nas zdaj, da razpravljate o vašem postopku izdelave grafena! Naše dobro izkušeno osebje bo z veseljem deliti več informacij o postopku pilinga, ultrazvočnih sistemov in cen!
V spodnji tabeli vam daje podatek o približni zmogljivosti obdelave naših ultrasonicators:
| serija Volume | Pretok | Priporočena naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 00,1 do 20L | 00,2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L / min | UIP4000hdT |
| ni podatkov | 10 do 100L / min | UIP16000 |
| ni podatkov | večja | gruča UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljivost ultrazvočnih homogenizatorjev za mešanje aplikacij, disperzijo, emulgiranje in ekstrakcijo na lab, pilot in industrijske lestvice.
Literatura/reference
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
Dejstva je treba vedeti
Graphene
Graphene je enoplastna za sp2-bonded ogljikove atome. Graphene ponuja edinstvene lastnosti materiala, kot izredno veliko specifično površino (2620 m2g-1), Vsem mehanske lastnosti z modulom mladega dne 1 TPA in bistvena trdnostjo 130 GPa, izredno visoka elektronske prevodnosti (elektronov mobilnost sobni temperaturi 2,5 x 105 cm2 V-1s-1), Zelo visoko toplotno prevodnost (nad 3000 W m K-1), Če naštejemo najpomembnejše lastnosti. Zaradi vrhunski materialnih lastnosti, ki se Graphene močno uporabimo pri razvoju in proizvodnji visoko baterij, gorivne celice, sončne celice, superkondenzator, vodikovih skladiščih, elektromagnetnih ščitov in elektronskih naprav. Poleg tega je Graphene vključena v mnogih nanokompozitov in kompozitnih materialov kot ojačilni dodatek, npr v polimerih, keramike in kovinskih matrik. Zaradi velike prevodnosti, Graphene je pomemben del prevodnih barve in črnila.
Hitra in varna Ultrazvočni priprava Graphene brez napak v velikih količinah, pri nizkih stroških omogoča razširitev prijave plasti grafena, da več in več panogah.
Grafen je ogljik, debel z enim atomom, ki ga lahko opišemo kot enoslojno ali 2D strukturo grafena (en sloj grafena = SLG). Grafen ima izjemno veliko specifično površino in vrhunske mehanske lastnosti (Young modul 1 TPa in notranja jakost 130 GPa), nudi odlično elektronsko in toplotno prevodnost, mobilnost nosilcev, transparentnost in je neprepusten za pline. Zaradi teh materialnih lastnosti se grafen uporablja kot ojačitveni dodatek, tako da kompoziti dajejo svojo trdnost, prevodnost itd. Za kombiniranje lastnosti grafena z drugimi materiali je treba grafino razpršiti v spojino ali nanesti kot tankoslojni premaz na substrat.
Ultrazvočne visoke zmogljivosti! Hielscherjeva paleta izdelkov zajema celoten spekter od kompaktnega laboratorijskega ultrazvočnikatorja nad enotami na vrhu klopi do polnoindustrijskih ultrazvočnih sistemov.