oksid grafeni – Eksfolimi dhe dispersioni me ultratinguj
Eksfolimi tejzanor është një teknikë e përdorur gjerësisht për të prodhuar oksid grafeni duke zbërthyer oksidin e grafitit në fletë grafeni të hollë, me një ose disa shtresa. Sonicers Hielscher krijojnë kavitacion intensiv akustik, ku valët ultrasonike të dendura me energji gjenerojnë mikroflluska me energji të lartë në një mjedis të lëngshëm. Këto flluska që shemben krijojnë forca prerëse që ndajnë shtresat e oksidit të grafitit, duke i eksfoluar ato në mënyrë efektive në nanofletë oksid grafeni. Përfitoni nga ultrasonikët me performancë të lartë për të sjellë aplikacionin tuaj të bazuar në oksid grafeni në nivelin tjetër!
Eksfolimi tejzanor i oksidit të grafenit
Oksidi i grafenit është i tretshëm në ujë, amfifil, jo toksik, i biodegradueshëm dhe mund të shpërndahet lehtësisht në koloidet e qëndrueshme. Eksfolimi dhe shpërndarja tejzanor është një metodë shumë efikase, e shpejtë dhe me kosto efektive për sintetizimin, shpërndarjen dhe funksionalizimin e oksidit të grafenit në shkallë industriale. Në përpunimin në rrjedhën e poshtme, dispersuesit tejzanor prodhojnë kompozita oksid grafeni-polimer me performancë të lartë.
Avantazhet e eksfolimit me ultratinguj
Eksfolimi tejzanor ofron disa avantazhe, duke përfshirë thjeshtësinë, shkallëzueshmërinë dhe mirëdashjen mjedisore, pasi zakonisht nuk kërkon kimikate të ashpra ose përpunim kompleks. Për më tepër, ai mundëson kontroll të saktë mbi madhësinë dhe trashësinë e nanofletave të oksidit të grafenit, thelbësore për akordimin e vetive të tyre në aplikacione të ndryshme.

Sonicator industrial UIP16000hdT për eksfolimin e oksidit të grafenit me fuqi të lartë
Protokolli: Eksfolimi me ultratinguj i oksidit të grafenit
Për të kontrolluar madhësinë e nanofletave të oksidit të grafenit (GO), metoda e eksfolimit luan një faktor kyç. Për shkak të parametrave të tij të procesit të kontrollueshëm saktësisht, eksfolimi me ultratinguj është teknika e delaminimit më e përdorur për prodhimin e grafenit dhe oksidit të grafenit me cilësi të lartë.
Për eksfolimin tejzanor të oksidit të grafenit nga oksidi i grafitit janë në dispozicion protokolle të ndryshme. Gjeni një protokoll shembullor për eksfolimin tejzanor të oksidit të grafenit më poshtë:
Pluhuri i oksidit të grafitit përzihet në KOH ujor me vlerë pH 10. Për eksfolimin dhe shpërndarjen e mëvonshme, përdoret ultrasonikatori i tipit sondë UP200St (200W). Më pas, jonet K+ ngjiten në rrafshin bazal të grafenit për të nxitur një proces plakjeje. Plakja arrihet me avullim rrotullues (2 orë). Për të hequr jonet e tepërta të K+, pluhuri lahet dhe centrifugohet disa herë.
Përzierja e fituar centrifugohet dhe thahet në ngrirje, në mënyrë që të precipitojë një pluhur oksid grafeni që shpërndahet.
Përgatitja e një paste përçuese të oksidit të grafenit: Pluhuri i oksidit të grafenit mund të shpërndahet në dimetilformamid (DMF) nën sonikacion në mënyrë që të prodhojë një paste përçuese. (Han et al.2014)
Funksionalizimi me ultratinguj i oksidit të grafenit
Sonication përdoret me sukses për të inkorporuar oksid grafeni (GO) në polimere dhe kompozita.
Shembuj:
- Kompozit i mikrosferës oksid grafeni-TiO2
- kompozit polistiren-magnetit-oksid grafeni (i strukturuar bërthama-lëvozhgë)
- Kompozitat e oksidit të grafenit të reduktuar me polistiren
- Kompozit i mbështjellës së bërthamës së polistirenit/oksidit të grafenit të veshur me nanofibra polianiline (PANI-PS/GO)
- oksid grafeni i ndërthurur me polistiren
- oksid grafeni i modifikuar p-fenilendiamin-4vinilbenzen-polistiren

Ultrasonikator UP400St për përgatitjen e dispersioneve të nanotrombociteve të grafenit
Aplikimet e oksidit të grafenit të prodhuar nga eksfolimi me ultratinguj
Oksidi i grafenit i prodhuar nëpërmjet eksfolimit tejzanor ka aplikime të gjera në fusha të ndryshme. Në elektronikë, përdoret në filma dhe sensorë fleksibël përçues; në ruajtjen e energjisë, rrit performancën e baterive dhe superkondensatorëve. Vetitë antibakteriale të oksidit të grafenit e bëjnë atë të vlefshëm në aplikimet biomjekësore, ndërsa sipërfaqja e lartë dhe grupet funksionale të tij janë të favorshme në katalizim dhe riparim mjedisor. Në përgjithësi, eksfolimi tejzanor lehtëson prodhimin efikas të oksidit të grafenit me cilësi të lartë për përdorim në teknologjitë e fundit.
Sonicators për përpunimin e grafenit dhe oksidit të grafenit
Hielscher Ultrasonics ofron sisteme ultrasonike me fuqi të lartë për eksfolimin, shpërndarjen dhe përpunimin e grafenit dhe oksidit të grafenit. Procesorë tejzanor të besueshëm dhe reaktorë të sofistikuar ofrojnë kontroll të saktë, duke mundësuar akordimin e proceseve tejzanor drejt qëllimeve të dëshiruara.
Një parametër vendimtar është amplituda tejzanor, e cila përcakton zgjerimin vibrues dhe tkurrjen e sondës tejzanor. Ultrasonikët industrialë Hielscher ofrojnë amplituda të larta, deri në 200µm, të cilat funksionojnë vazhdimisht në funksionim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonda tejzanor të personalizuara. Të gjithë procesorët mund të rregullohen me saktësi për kushtet e procesit dhe të monitorohen nëpërmjet softuerit të integruar, duke siguruar besueshmëri, cilësi të qëndrueshme dhe rezultate të riprodhueshme.
Sonicers Hielscher janë të fortë dhe mund të funksionojnë vazhdimisht në mjedise të rënda, duke e bërë sonikimin teknologjinë e preferuar të prodhimit për përgatitjen e grafenit, oksidit të grafenit dhe materialit grafit në shkallë të gjerë.
Një gamë e gjerë produktesh me ultratinguj dhe aksesorë, duke përfshirë sonotrode dhe reaktorë me madhësi dhe gjeometri të ndryshme, lejon zgjedhjen e kushteve dhe faktorëve optimalë të reagimit, si reagentët, futja e energjisë tejzanor, presioni, temperatura dhe shpejtësia e rrjedhës, për të arritur cilësinë më të lartë. . Reaktorët ultrasonikë të Hielscher mund të bëjnë presion deri në disa qindra barg, duke mundësuar sonikimin e pastave shumë viskoze me viskozitet që tejkalojnë 250,000 centipoise.
Delamination tejzanor dhe eksfolimi shquhen teknikat konvencionale për shkak të këtyre faktorëve.
- fuqi të lartë
- forca të larta prerëse
- presione të larta të aplikueshme
- kontroll i saktë
- shkallëzueshmëri pa probleme (lineare)
- grumbull dhe i vazhdueshëm
- rezultate të riprodhueshme
- besueshmëria
- qëndrueshmëri
- efikasitet të lartë të energjisë

Sistemi tejzanor për eksfolimin e oksidit të grafenit
Për të mësuar më shumë rreth sintezës, shpërndarjes dhe funksionalizimit të grafenit tejzanor, ju lutemi klikoni këtu:
- Prodhimi i Grafenit
- Nanotrombocitet grafeni
- Eksfolimi me Grafen me Bazë Uji
- Grafen që shpërndahet në ujë
- oksid grafeni
- xenes
Fakte që ia vlen të dihen
Ultratinguj dhe kavitacion: Si eksfoliohet grafiti në oksid grafeni duke përdorur sonication?
Eksfolimi tejzanor i oksidit të grafitit (GrO) bazohet në forcën e lartë prerëse të shkaktuar nga kavitacioni akustik. Kavitacioni akustik lind për shkak të cikleve alternative të presionit të lartë / presionit të ulët, të cilat krijohen nga bashkimi i valëve të fuqishme ultratinguj në një lëng. Gjatë cikleve të presionit të ulët ndodhin zbrazëti shumë të vogla ose flluska vakumi, të cilat rriten gjatë cikleve të alternuara të presionit të ulët. Kur flluskat e vakumit arrijnë një madhësi ku nuk mund të thithin më shumë energji, ato shemben me dhunë gjatë një cikli me presion të lartë. Shpërthimi i flluskës rezulton në forca prerëse kavitacionale dhe valë stresi, temperaturë ekstreme deri në 6000K, shkallë ekstreme të ftohjes mbi 1010K/s, presione shumë të larta deri në 2000 atm, diferenciale të presionit ekstrem si dhe avionë të lëngshëm deri në 1000 km/h (~280 m/s).
Ato forca intensive ndikojnë në pirgjet e grafitit, të cilat janë të shtrembëruara në oksid grafeni me një ose disa shtresa dhe nanofletë të paprekura grafeni.
Çfarë është oksidi i grafenit?
Oksidi i grafenit (GO) sintetizohet duke eksfoluar oksidin e grafitit (GrO). Ndërsa oksidi i grafitit është një material 3D i përbërë nga miliona shtresa shtresash grafeni me oksigjen të ndërthurur, oksidi i grafitit është një grafen me një ose me pak shtresa që është i oksigjenuar në të dyja anët.
Oksidi i grafenit dhe grafeni ndryshojnë nga njëri-tjetri në karakteristikat e mëposhtme: oksidi i grafenit është polar, ndërsa grafeni është jopolar. Oksidi i grafenit është hidrofil, ndërsa grafeni është hidrofobik.
Kjo do të thotë, oksidi i grafenit është i tretshëm në ujë, amfifilik, jo toksik, i biodegradueshëm dhe formon pezullime të qëndrueshme koloidale. Sipërfaqja e oksidit të grafenit përmban grupe epoksi, hidroksil dhe karboksil, të cilët janë të disponueshëm për të bashkëvepruar me kationet dhe anionet. Për shkak të strukturës së tyre unike hibride organike-inorganike dhe vetive të jashtëzakonshme, kompozitat GO-polimer ofrojnë potencial të lartë për aplikime industriale të shumëfishta. (Tolasz et al. 2014)
Çfarë është oksidi i reduktuar i grafenit?
Oksidi i reduktuar i grafenit (rGO) prodhohet nga reduktimi tejzanor, kimik ose termik i oksidit të grafenit. Gjatë hapit të reduktimit, shumica e funksioneve të oksigjenit të oksidit të grafenit hiqen në mënyrë që oksidi i reduktuar i grafenit (rGO) që rezulton të ketë karakteristika shumë të ngjashme me grafinin e paprekur. Sidoqoftë, oksidi i reduktuar i grafenit (rGO) nuk është pa defekte dhe i pacenuar si grafeni i pastër.
Literatura/Referencat
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.