Dispergimi i grafenit me ultratinguj

Për ta përfshirë grafenin në kompozite, është thelbësore që ai të dispergohet ose të eksfoliohet në nanofletë të veçanta, në mënyrë të njëtrajtshme në të gjithë formulimin. Sa më plotësisht të shpërbëhen aglomeratet e grafenit, aq më mirë mund të shfrytëzohen vetitë e tij të jashtëzakonshme si material. Dispergimi me ultratinguj ofron shpërndarje superiore të grimcave dhe qëndrueshmëri superiore të dispersionit, edhe në përqendrime dhe viskozitete të larta. Kjo metodë siguron cilësi të shkëlqyer dispergimi, duke i tejkaluar ndjeshëm teknikat konvencionale të përzierjes.

Dispergimi i grafenit me ultratinguj

Për t’u dhënë kompoziteve karakteristikat e shkëlqyera të grafenit, siç është rezistenca e tij, grafeni duhet të dispergohet në mënyrë të njëtrajtshme në një matricë ose të aplikohet si veshje me shtresë të hollë mbi një substrat. Faktorët kryesorë që ndikojnë në vetitë e materialit të përftuar përfshijnë aglomerimin, sedimentimin dhe dispergimin brenda matricës ose shpërndarjen e grimcave mbi substrat.
Për shkak të natyrës hidrofobe të grafenit, krijimi i një dispersioni të qëndrueshëm dhe shumë të përqendruar pa surfaktantë ose agjentë dispergues është sfidues. Kapërcimi i forcave të van der Waals-it kërkon forca të fuqishme prerëse, të cilat mund të gjenerohen në mënyrë efektive nga kavitacioni ultrasonik. Kjo metodë është më e sofistikuara për përgatitjen e dispersioneve të qëndrueshme.

MultiSonoReactor MSR-5 i pajisur me sonikatorë 5x 4kW për përpunimin e grafenit me kapacitet të lartë

Sonikatorë industrialë për dispergimin e grafenit me kapacitet të lartë përpunimi.

Mësoni si të prodhoni grafen njështresor me cilësi të lartë përmes eksfolimit me ultratinguj, duke përdorur sonikatorë me sondë me fuqi të lartë. Sonikimi është një metodë e thjeshtë, efikase dhe e përshtatshme për rritjen e shkallës së prodhimit të dispersioneve të grafenit, me rendimente të larta dhe cilësi të shkëlqyer të fletëzave.

Duke përdorur një dispergues ultrasonik, si sonikatori 2kW UIP2000hdT, sonikatori 4kW UIP4000hdT, sonikatori 6kW UIP6000hdT ose sonikatori 16kW UIP16000hdT, është e mundur të përgatitet lehtësisht grafen me përçueshmëri të lartë elektrike (712 S·m-1), dispergueshmëri të mirë dhe përqendrim të lartë. Sonikimi mundëson gjithashtu përgatitjen e një dispersioni të qëndrueshëm të grafenit në një temperaturë të ulët procesi prej afërsisht 65°C.

Më shumë informacion dhe hollësi teknike rreth sonikatorëve industrialë Hielscher të tipit sondë për eksfolimin dhe dispergimin e grafenit mund të gjenden këtu:

Të gjithë sonikatorët Hielscher mundësojnë kontrollin e saktë të të gjithë parametrave të rëndësishëm të procesit; teknologjia e dispergimit me ultratinguj shmang dëmtimin e strukturave kimike dhe kristalore të grafenit – duke dhënë fletëza grafeni të paprekura, pa defekte.
Ultrasonikatorët e fuqishëm Hielscher janë në gjendje të përpunojnë grafen dhe grafit në vëllime të mëdha, p.sh. për eksfolimin në fazë të lëngshme dhe dispergimin e grafenit. Kontrolli i saktë i parametrave të procesit mundëson rritjen pa pengesa të shkallës së proceseve ultrasonike, nga pajisjet e tavolinës së punës deri te prodhimi në shkallë të plotë tregtare.
Grafeni me pak shtresa, i eksfoliuar me ultratinguj, me afërsisht 3–4 shtresa dhe madhësi afërsisht 1μm, mund të (ri)dispergohet në përqendrime prej të paktën 63 mg/mL.

Nanopllakëzat e grafenit mund të sintetizohen dhe të dispergohen me sukses përmes përpunimit me ultratinguj.

Imazhe SEM të nanopllakëzave të grafenit në zmadhimet (b) X3000 dhe (c) X8000
(Studimi dhe imazhet: ©Alizadeh et al., 2018)

Përparësitë:

grafen me cilësi të lartë
kapacitet i lartë përpunimi / rendimente të larta
dispergim i njëtrajtshëm
përqendrim i lartë
viskozitete të larta
proces i shpejtë
kosto e ulët
shumë efikas
miqësor ndaj mjedisit

Sistem dispergimi me ultratinguj me fuqi të lartë (7x UIP1000hdT) për përpunimin e grafenit në shkallë industriale. (Klikoni për ta zmadhuar!)

Reaktor ultrasonik 7kW për dispersione grafeni

Homogjenizues dhe dispergues ultrasonikë për grafenin

Hielscher Ultrasonics ofron sisteme ultrasonike me fuqi të lartë për eksfolimin dhe dispergimin e grafenit dhe grafitit me shumë shtresa në grafen me një, dy ose pak shtresa. Procesorët e tyre ultrasonikë të besueshëm dhe reaktorët e avancuar sigurojnë fuqinë e nevojshme dhe kontrollin e saktë për të arritur objektiva specifikë të procesit.

Një nga parametrat më thelbësorë të procesit është amplituda ultrasonike, e cila është zhvendosja lëkundëse në hornin ultrasonik. Ultrasonikatorët industrialë Hielscher janë projektuar për të siguruar amplituda shumë të larta, me funksionim të vazhdueshëm deri në 200µm. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonda ultrasonike të personalizuara. Parametrat e procesit të të gjithë sonikatorëve Hielscher mund të rregullohen me saktësi sipas kushteve të kërkuara të procesit dhe të monitorohen nëpërmjet softuerit të integruar, duke siguruar besueshmëri të lartë, cilësi të qëndrueshme dhe rezultate të riprodhueshme. Konstruksioni i qëndrueshëm i sonikatorëve Hielscher është projektuar për funksionim 24/7 në mjedise me kërkesa të larta, duke e bërë sonikimin teknologjinë e preferuar për prodhimin në shkallë të gjerë të nanofletëve të grafenit me një ose pak shtresa.

Hielscher ofron një gamë të gjerë ultrasonikatorësh dhe aksesorësh, përfshirë sonotroda dhe reaktorë me madhësi dhe gjeometri të ndryshme. Kjo mundëson përzgjedhjen e kushteve dhe faktorëve optimalë të reaksionit, si reagentët, energjia ultrasonike e dhënë për njësi vëllimi, presioni, temperatura dhe prurja, për të arritur cilësinë më të lartë. Reaktorët e tyre ultrasonikë mund të vihen nën presion deri në disa qindra barg, duke e bërë të realizueshëm sonikimin e pastave me viskozitet shumë të lartë (deri në 250 000 centipuazë).

Këto aftësi e bëjnë delaminimin, eksfolimin dhe dispergimin ultrasonik më të mirë se teknikat konvencionale të grirjes dhe bluarjes.

Sonikatorët më të mirë prodhohen nga Hielscher Ultrasonics. Ata shquhen për fuqinë, teknologjinë më të avancuar dhe besueshmërinë.

Sonikatorët Hielscher janë homogjenizuesit ultrasonikë më të sofistikuar në treg. Përfitoni nga përparësitë e shumta që ofrojnë sonikatorët Hielscher!

Eksfolimi i grafitit me sonikatorin e tipit sondë UP100H dha nanopllakëza grafeni të paprekura

Ilustrim që paraqet sintezën ultrasonike të nanopllakëzave të grafenit duke përdorur sonikatorin UP100H
(Studimi dhe ilustrimi: Ghanem dhe Rehim, 2018)

Sonikatorët Hielscher për grafenin:

ultratinguj me fuqi të lartë
forca të larta prerëse
mundësi aplikimi të presioneve të larta
kontroll i saktë
rritje e shkallës pa pengesa (lineare)
përpunim me tufa dhe me rrjedhje të vazhdueshme
rezultate të riprodhueshme
besueshmëri
qëndrueshmëri konstruktive
efikasitet i lartë energjetik

Tema të lidhura

Fakte që ia vlen të dini

Çfarë është grafeni?

Grafeni është një shtresë karboni me trashësi prej një atomi, e cila mund të përshkruhet si një strukturë grafeni me një shtresë ose 2D (grafen me një shtresë = SLG). Grafeni ka një sipërfaqe specifike jashtëzakonisht të madhe dhe veti mekanike superiore (modul të Young-ut prej 1 TPa dhe rezistencë të brendshme prej 130 GPa), ofron përçueshmëri të lartë elektronike dhe termike, lëvizshmëri të bartësve të ngarkesës, transparencë dhe është i papërshkueshëm nga gazet. Për shkak të këtyre karakteristikave të materialit, grafeni përdoret si aditiv përforcues për t’u dhënë kompoziteve rezistencën, përçueshmërinë e tij etj. Për të kombinuar karakteristikat e grafenit me materiale të tjera, grafeni duhet të dispergohet në përbërje ose aplikohet si veshje me shtresë të hollë mbi një substrat.
Tretësit e zakonshëm, që përdoren shpesh si fazë e lëngshme për të disperguar nanofletët e grafenit, përfshijnë dimetilsulfoksidin (DMSO) , N,N-dimetilformamidin (DMF), N-metil-2-pirrolidonin (NMP), tetrametilurenë (TMU, tetrahidrofuranin (THF), propylene carbonateacetone (PC), etanolin dhe formamidin.

A mund të dispergohet grafeni në ujë?

Po, grafeni mund të dispergohet në ujë duke përdorur surfaktantë, polimere ose agjentë të tjerë stabilizues për të parandaluar agregimin dhe për të ruajtur qëndrueshmërinë e dispersionit. Pajisjet e besueshme të dispergimit, si sonikatorët me sondë, luajnë gjithashtu një rol vendimtar në dispergimin e grafenit duke përdorur energji ultrasonike për të shpërbërë aglomeratet dhe për të zvogëluar madhësinë e grimcave të grafenit, duke nxitur një dispersion më të njëtrajtshëm dhe më të qëndrueshëm në mjedisin e lëngshëm.

A mund të tretet oksidi i grafenit në ujë?

Po, oksidi i grafenit mund të tretet në ujë falë grupeve të tij funksionale që përmbajnë oksigjen, të cilat rrisin hidrofilitetin e tij dhe i mundësojnë të formojë dispersione ujore të qëndrueshme.

Cili është tretësi më i mirë për dispergimin e grafenit?

Tretësi më i mirë për dispergimin e grafenit është N-metil-2-pirrolidoni (NMP), për shkak të polaritetit të tij të lartë dhe aftësisë për të stabilizuar fletët e grafenit, duke krijuar një dispersion uniform dhe të qëndrueshëm.

Pse grafeni është i patretshëm në ujë?

Grafeni është i patretshëm në ujë sepse nuk ka grupe funksionale që mund të ndërveprojnë me molekulat e ujit, gjë që e bën hidrofob dhe të prirur ndaj agregimit për shkak të forcave të forta van der Waals ndërmjet fletëve të grafenit.

Pse përdoret grafeni në kompozite?

Grafeni, me një trashësi prej një atomi, është materiali më i hollë, me një peshë prej afërsisht 0,77 mg për 1m² më i lehti dhe, me një ngurtësi në tërheqje prej 150 000 000 psi (100–300 herë më i fortë se çeliku) dhe një rezistencë në tërheqje prej 130 000 000 000 paskalësh, materiali më i fortë që njihet.
Për më tepër, grafeni është përçuesi më i mirë i nxehtësisë (në temperaturën e dhomës me (4,84±0,44) × 10³ deri në (5,30±0,48) × 10³ W·m^-11·K^-1) dhe përçuesi më i mirë elektrik (lëvizshmëri e elektroneve më e lartë se 15 000 cm²·V^-1·s^-1).
Një tjetër karakteristikë e rëndësishme e grafenit është vetia e tij optike, me një përthithje prej πα≈2,3% të dritës së bardhë dhe pamjen e tij transparente.
Duke përfshirë grafenin në matrica, këto karakteristika të jashtëzakonshme të materialit mund t’i transferohen kompozitit që përftohet, i cili ofron funksionalitete unike. Kompozite të tilla të përforcuara me grafen ofrojnë mundësi të reja për zhvillimin e materialeve dhe zbatimet industriale. Për shkak të karakteristikave të tij, grafeni dhe kompozitet me grafen tashmë përdoren gjerësisht në prodhimin e baterive me performancë të lartë, superkondensatorëve, bojërave përçuese, veshjeve, sistemeve fotovoltaike dhe pajisjeve elektronike
Sonikatorët Hielscher sigurojnë forcat e larta prerëse të nevojshme për të kapërcyer forcat van der Waals, me qëllim shpërndarjen uniforme të nanofletëve të grafenit në matricat e kompoziteve. Disperguesit me ultratinguj, si UIP2000hdT ose UIP16000, përdoren për të prodhuar nanokompozite të përforcuara me grafen dhe me oksid grafeni.

Literatura/Referencat

FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS₄ with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.

Ultratinguj me performancë të lartë! Gama e produkteve Hielscher mbulon të gjithë spektrin, nga pajisja kompakte laboratorike me ultratinguj, te njësitë për tavolinë pune e deri te sistemet me ultratinguj plotësisht industriale.

Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues me ultratinguj me performancë të lartë, nga përmasat laboratorike deri te përmasat industriale.

Dispergimi i grafenit me ultratinguj