Nanotrombocitet grafeni të sintetizuara dhe të shpërndara nëpërmjet sonda-sonikimit

Nanotrombocitet e grafenit (GNP) mund të sintetizohen dhe shpërndahen me efikasitet dhe besueshmëri të lartë duke përdorur sonikatorë. Ultrasonikimi me intensitet të lartë përdoret për të eksfoluar grafitin dhe për të marrë grafen me pak shtresa, shpesh të referuara si nanotrombocitet grafeni. Sonication gjithashtu shkëlqen në arritjen e shpërndarjes së shkëlqyer të nanotrombociteve të grafenit si në pezullime të ulëta ashtu edhe në shumë viskoze.

Përpunimi i Nanotrombociteve të Grafenit – Rezultatet Superiore me Sonication

Për përpunimin e nanotrombociteve të grafenit, sonikatorët e tipit sonda janë mjeti më efikas, i besueshëm dhe i lehtë për t'u përdorur. Meqenëse ultratingulli mund të aplikohet për sintezën, shpërndarjen dhe funksionalizimin e nanotrombociteve të grafenit, sonikatorët përdoren për shumë aplikacione të lidhura me grafenin:

• Eksfolimi dhe sinteza Sonikatorët e tipit sonda përdoren për të eksfoluar grafitin në nanotrombocite grafeni me pak shtresa ose grafen. Ultratingulli me intensitet të lartë ndërpret forcat ndërshtresore dhe zbërthen grafitin në fletë më të vogla, individuale të grafenit.
• Dispersioni: Arritja e shpërndarjes uniforme të nanotrombociteve të grafenit në një mjedis të lëngshëm është thelbësor për të gjitha aplikimet e lidhura me grafenin. Sonikatorët e tipit sonda mund të shpërndajnë nanoplateletat në mënyrë të barabartë në të gjithë lëngun, duke parandaluar grumbullimin dhe duke siguruar një pezullim të qëndrueshëm.
• Funksionalizimi: Sonicizimi lehtëson funksionalizimin e nanotrombociteve të grafenit duke nxitur lidhjen e grupeve funksionale ose molekulave në sipërfaqet e tyre. Ky funksionalizimi rrit përputhshmërinë e tyre me polimere ose materiale specifike.

Sinteza e Nanotrombociteve të Grafenit nëpërmjet Sonication

Nanotrombocitet e grafenit mund të sintetizohen nga eksfolimi i grafitit me ndihmën e ultrazërit. Prandaj, një pezullim grafiti sonikohet duke përdorur një homogjenizues tejzanor të tipit sondë. Kjo procedurë është testuar me përqendrime të ngurta shumë të ulëta (p.sh. 4 wt% ose më të ulët) në të larta (p.sh. 10 wt% ose më të larta).
 
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.

Janë marrë imazhe me mikroskop elektronik të transmetimit me rezolucion të lartë të nanofletave të grafenit
nëpërmjet shpërndarjes së fazës ujore të asistuar me ultratinguj dhe metodës Hummer.
(Studim dhe grafik: Ghanem dhe Rehim, 2018)

Cili është ndryshimi midis fletëve të grafenit dhe nanotrombociteve?

Fletët e grafenit dhe nanotrombocitet e grafenit janë të dyja nanomateriale të përbëra nga grafeni, i cili është një shtresë e vetme e atomeve të karbonit të rregulluar në një rrjetë gjashtëkëndore. Ndonjëherë, fletët e grafenit dhe nanotrombocitet e grafenit përdoren si terma të këmbyeshëm. Por shkencërisht, ka disa ndryshime midis këtyre nanomaterialeve të grafenit: Dallimi kryesor midis fletëve të grafenit dhe nanotrombociteve të grafenit qëndron në strukturën dhe trashësinë e tyre. Fletët e grafenit përbëhen nga një shtresë e vetme atomesh karboni dhe janë jashtëzakonisht të holla, ndërsa nanotromboletat e grafenit janë më të trasha dhe të përbëra nga shtresa të shumta grafeni të grumbulluara. Këto ndryshime strukturore mund të ndikojnë në vetitë dhe përshtatshmërinë e tyre për aplikime specifike. Përdorimi i sonikatorëve të llojit të sondës është një teknikë shumë efektive dhe efikase për të sintetizuar, shpërndarë dhe funksionalizuar fletët e grafenit me një shtresë, si dhe nanotrombocitet grafeni të grumbulluara me pak shtresa.

Vizualizimi grafik i sintezës tejzanor të nanotrombociteve të grafenit duke përdorur sonikatorin UP100H
(Studim dhe grafik: Ghanem dhe Rehim, 2018)

Shpërndarja e Nanotrombociteve të Grafenit duke përdorur Sonication

Shpërndarja uniforme e nanotrombociteve të grafenit (GNP) është thelbësore në aplikime të ndryshme sepse ndikon drejtpërdrejt në vetitë dhe performancën e materialeve ose produkteve që rezultojnë. Prandaj, sonikatorët janë instaluar për shpërndarjen e nanotrombociteve të grafenit në industri të ndryshme. Industritë e mëposhtme janë shembuj të spikatur për përdorimin e ultrazërit të energjisë:
 

• Nano-përbërësit: Nanotrombocitet e grafenit mund të inkorporohen në materiale të ndryshme nanokompozite, të tilla si polimere, për të përmirësuar vetitë e tyre mekanike, elektrike dhe termike. Sonikatorët e tipit sonda ndihmojnë në shpërndarjen e njëtrajtshme të nanotrombociteve brenda matricës polimer, duke rezultuar në përmirësimin e performancës së materialit.
• Elektrodat dhe bateritë: Nanotrombocitet e grafenit përdoren në zhvillimin e elektrodave me performancë të lartë për bateritë dhe superkondensatorët. Sonicizimi ndihmon në krijimin e materialeve elektrodë me bazë grafeni të shpërndarë mirë me sipërfaqe të rritur, gjë që përmirëson aftësitë e ruajtjes së energjisë.
• Kataliza: Sonication mund të përdoret për të përgatitur materiale katalitike të bazuara në nanotrombocitet grafen. Shpërndarja uniforme e nanogrimcave katalitike në sipërfaqen e grafenit mund të rrisë aktivitetin katalitik në reaksione të ndryshme.
• Sensorët: Nanotromboletat e grafenit mund të përdoren në fabrikimin e sensorëve për aplikime të ndryshme, duke përfshirë sensorin e gazit, biosensingun dhe monitorimin e mjedisit. Sonication siguron shpërndarje homogjene të nanotrombociteve në materialet sensor, duke çuar në përmirësimin e ndjeshmërisë dhe performancës.
• Veshje dhe filma: Sonicatorët e tipit sonda përdoren për të përgatitur veshje dhe filma me bazë nanotrombocitare grafeni për aplikime në elektronikë, hapësirën ajrore dhe veshjet mbrojtëse. Shpërndarja uniforme dhe ngjitja e duhur në nënshtresa janë thelbësore për këto aplikime.
• Aplikimet biomjekësore: Në aplikimet biomjekësore, nanotrombocitet e grafenit mund të përdoren për shpërndarjen e barnave, imazherinë dhe inxhinierinë e indeve. Sonication ndihmon në përgatitjen e nanogrimcave me bazë grafeni dhe përbërjeve të përdorura në këto aplikime.

Imazhet SEM të nanotrombociteve të grafenit në (b) X3000 dhe (c) X8000
(Studim dhe imazhe: ©Alizadeh et al., 2018)

Rezultatet e provuara nga shkenca për shpërndarjet tejzanor të nanotrombociteve të grafenit

Shkencëtarët kanë përdorur sonikatorët Hielscher për sintezën dhe shpërndarjen e nanotrombociteve të grafenit në studime të shumta dhe kanë testuar fuqishëm efektet e ultrazërit. Më poshtë, mund të gjeni disa shembuj për përzierjen e suksesshme të nanotrombociteve të grafenit në përzierje të ndryshme, si p.sh. llucë ujore, rrëshira ekspozuese ose llaç.
 
Një procedurë e zakonshme për një shpërndarje të besueshme dhe të shpejtë uniforme të nanotrombociteve të grafenit është procedura e mëposhtme:
Për shpërndarje, nanotrombocitet e grafenit u sonikuan brenda acetonit të pastër duke përdorur mikserin tejzanor Hielscher UP400S për gati një orë në mënyrë që të parandalohej një grumbullim i fletëve të grafenit. Acetoni u hoq plotësisht nga avullimi. Më pas, nanotrombocitet e grafenit u shtuan në 1 % wt të sistemit epoksi dhe u sonikuan në rrëshirën epoksi në 90 W për 15 minuta.
(krh. Cakir et al., 2016)
 
Një tjetër studim heton përforcimin e nanofluideve jonike me bazë të lëngshme (ionanofluids) duke shtuar nanotrombocitet grafeni. Për shpërndarje superiore, përzierja e nanotrombociteve të grafenit, lëngut jonik dhe dodecil benzen sulfonatit të natriumit u homogjenizua duke përdorur sonikatorin e tipit sondë Hielscher UP200S për rreth 90 minuta.
(krh. Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis etj. (2019) raportojnë përfshirjen efektive të nanotrombociteve të grafenit në llaç. Prandaj, suspensionet ujore të grafenit u prodhuan nga shtimi i nanotrombociteve - në pesha të përfshira nga përmbajtja e dëshirueshme e synuar në materialet rezultuese - në përzierjet e ujit të rregullt të rubinetit dhe plastifikuesit dhe trazimin pasues magnetik për 2 minuta. Pezullimet u homogjenizuan me anë të ultrazërit për 90 minuta në temperaturën e dhomës, duke përdorur një pajisje Hielscher UP400S (Hielscher Ultrasonics GmbH) e pajisur me një sonotrode 22 mm që jep një xhiro energjie prej 4500 J/min në një frekuencë prej 24 kHz. Kombinimi specifik i shkallës së energjisë dhe kohëzgjatjes së sonikimit u vendos si optimale pas një hetimi të përpiktë të efektit të parametrave të ultrazërit të cilësisë së pezullimit.
(krh. Tragazikis et al., 2019)
 
Zainal et al. (2018) deklarojnë në kërkimin e tyre se një teknikë e duhur e dispersionit si sonikimi siguron që nanomaterialet si nanoplateletat e grafenit mund të përmirësojnë vetitë e materialeve mbushëse. Kjo për faktin se dispersioni është një nga faktorët më të rëndësishëm për prodhimin e nanokompoziteve me cilësi të lartë siç është fino epoksi.

Sonicatorë me performancë të lartë për përpunimin e nanotrombociteve të grafenit

Hielscher Ultrasonics është lider në treg kur bëhet fjalë për ultrasonikë me performancë të lartë për përpunimin e nanomaterialeve. Sonikatorët e tipit sondë Hielscher përdoren në mbarë botën në laboratorë dhe mjedise industriale për aplikime të ndryshme, duke përfshirë përpunimin e nanotrombociteve të grafenit.
Teknologjia e fundit, mjeshtëria dhe inxhinieria gjermane, si dhe përvoja e gjatë teknike e bëjnë Hielscher Ultrasonics partnerin tuaj të preferuar për aplikim të suksesshëm me ultratinguj.

Dizajn, Prodhim dhe Konsulencë – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Ultrasonikët Hielscher janë të njohur për cilësinë e tyre më të lartë dhe standardet e dizajnit. Qëndrueshmëria dhe funksionimi i lehtë lejojnë integrimin e qetë të ultrasonikëve tanë në objektet industriale. Kushtet e vështira dhe mjediset kërkuese trajtohen lehtësisht nga ultrasonikët Hielscher.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar ISO dhe i kushton theks të veçantë ultratingujve me performancë të lartë që paraqesin teknologjinë më të fundit dhe lehtësinë ndaj përdorimit. Sigurisht, ultrasonikët Hielscher janë në përputhje me CE dhe plotësojnë kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.

Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë: