Teknologjia e ultrazërit Hielscher

Përgatitja tejzanor e grafenit

Graphene

Grafiti përbëhet nga fletë të dyfishtë të atomeve të karbonit sp2-hibridizuar, të rregulluar në mënyrë gjashtëkëndore - grafeni - të cilat rregullisht vendosen. Fletët e hollë atomike të grafenit, të cilat formojnë grafit nga ndërveprimet jo-lidhëse, karakterizohen nga një sipërfaqe ekstreme më e madhe. Grafeni tregon një forcë dhe qëndrueshmëri të jashtëzakonshme përgjatë niveleve bazë të saj që arrin me përafërsisht. 1020 GPa pothuajse vlerën e forcës së diamantit.
Grafeni është elementi themelor strukturor i disa allotropeve duke përfshirë, përveç grafit, edhe nanotubet e karbonit dhe fullerenes. Përdorur si shtesë, grafeni mund të rrisë në mënyrë dramatike vetitë elektrike, fizike, mekanike dhe penguese të përbërësve polimer në ngarkesa jashtëzakonisht të ulëta. (Xu, Suslick 2011)
Nga vetitë e tij, grafeni është një material i superlativave dhe në këtë mënyrë premton për industritë që prodhojnë kompozita, veshje ose mikroelektronikë. Geim (2009) e përshkruan grafenin si supermaterial konkretisht në paragrafin e mëposhtëm:
"Është materiali më i hollë në univers dhe më i fuqishmi ndonjëherë i matur. Bartësit e saj të ngarkuar shfaqin lëvizshmëri gjigante të brendshme, kanë masën më të vogël efektive (është zero) dhe mund të udhëtojnë distanca të gjata me mikrometër pa shpërndarje në temperaturën e dhomës. Grafeni mund të mbështesë densitetin aktual 6 urdhra më të lartë se bakri, tregon përçueshmëri termike dhe ngurtësi të të dhënave, është i papërshkueshëm nga gazrat dhe pajton cilësitë e tilla kontradiktore si brishtësia dhe duktiliteti. Transporti i elektroneve në grafenë përshkruhet nga një ekuacion i ngjashëm me Dirakun, i cili lejon hetimin e fenomeneve kuantike relativiste në një eksperiment në stol. "
Për shkak të këtyre karakteristikave të materialit të shquar, grafeni është një nga materialet më premtuese dhe qëndron në fokusin e kërkimit nanomaterial.

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

Për shkak të fuqisë dhe qëndrueshmërisë së materialit të saj të shquar, grafeni është materiali më premtues në shkencën nano. © 2010AlexanderAIUS CreativeCommons

Kërkesë informacioni





Ultratinguj me fuqi të lartë

Kur sonicating lëngjet me intensitete të larta, valët e zërit që propagandojnë në media të lëngshme të rezultojë në alternimin e cikleve të presionit të lartë (compression) dhe presionit të ulët (rarefaction), me norma në varësi të frekuencës. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët me ultratinguj me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zbrazëti në lëng. Kur flluska të arrijë një volum në të cilin ata nuk mund të absorbojnë më shumë energji, ato kolaptohen me dhunë gjatë një cikli të presionit të lartë. Ky fenomen quhet cavitation. Gjatë implosionit arrihen temperatura shumë të larta (afërsisht 5.000K) dhe presione (afërsisht 2.000atm) në nivel lokal. Implosioni i cavitation flluskë gjithashtu rezulton në avionë të lëngshëm deri në shpejtësinë 280m / s. (Suslick 1998) Kavitacioni i gjeneruar ultrasonikisht shkakton efekte kimike dhe fizike, të cilat mund të aplikohen në procese.
Cavitation induktuar sonochemistry siguron një bashkëveprim unik midis energjisë dhe materieve, me pikat e nxehta brenda flluskave ~ 5000 K, presionet e ~ 1000 bar, normat e ngrohjes dhe ftohjes së >1010K s-1; këto kushte të jashtëzakonshme lejojnë hyrjen në një gamë të hapësirave të reagimit kimik që normalisht nuk janë të arritshme, gjë që lejon sintezën e një shumëllojshmërie të materialeve të pazakonta nanostrukturuese. (Bang 2010)

High power ultrasound generates intense cavitational forces in liquid

Cavitation tejzanor në të lëngshme

Tejzanor Përgatitja e Graphene

Meqenëse janë të njohura karakteristikat e jashtëzakonshme të grafit, janë zhvilluar disa metoda për përgatitjen e saj. Përveç prodhimit kimik të graphenes nga oxide grafene në proceset me shumë hapa, për të cilat nevojiten agjentë shumë të fortë oksidues dhe reduktues. Përveç kësaj, grafeni i përgatitur në këto kushte të ashpra kimike shpesh përmban një sasi të madhe të defekteve edhe pas reduktimit krahasuar me grabene të marra nga metoda të tjera. Megjithatë, ultratinguj është një alternativë e provuar për të prodhuar grafenë me cilësi të lartë, gjithashtu në sasi të mëdha. Hulumtuesit kanë zhvilluar mënyra paksa të ndryshme duke përdorur ultratinguj, por në përgjithësi prodhimi i grafenit është një proces i thjeshtë me një hap.
Për të dhënë një shembull të një rruge specifike të prodhimit të grafenit: Grafiti shtohet në një përzierje të acidit organik të holluar, alkoolit dhe ujit, dhe pastaj përzierja ekspozohet ndaj rrezatimit tejzanor. Acidi funksionon si një “pykë molekulare” e cila ndan fletët e grafenit nga grafiti mëmë. Me këtë proces të thjeshtë, krijohet një sasi e madhe e grafenit të padëmtuar, me cilësi të lartë të shpërndarë në ujë. (An et al. 2010)

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

Pajisje tejzanor të fuqishme dhe të besueshme për aplikime të shumëfishta, të tilla si homogjenizimi, nxjerrja, përpunimi i materialeve nano, ose sonokimi.

Lëkura e drejtpërdrejtë Graphene

Ultratinguj lejon për përgatitjen e grafenes në tretës organikë, surfactants / zgjidhje të ujit, ose lëngjeve jonik. Kjo do të thotë se përdorimi i agjentëve të fortë oksidues ose reduktues mund të shmanget. Stankovich et al. (2007) prodhuar grafen nga lulëzim nën ultrasonication.
Imazhet AFM të oksidit të grafenit exfoliated nga trajtimi tejzanor në përqendrimet e 1 mg / mL në ujë gjithmonë zbuloi praninë e fletëve me trashësi uniforme (~ 1 nm; shembull është treguar në Fig. 1 më poshtë). Këto mostra të lulëzuara të oksidit të grafenit nuk përmbanin asnjë fletë as të trashë ose të hollë se 1nm, gjë që shpuri në përfundimin se në këto kushte u arrit me të vërtetë që lyerja e plotë e oksidit të grafenit deri në fletët individuale të oksidit të grafenit. (Stankovich 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

Figura 1: Imazhi AFM i fletëve SHQ të shtresuara me tre profile lartësie të blera në vende të ndryshme (Stankovich et al. 2007)

Përgatitja e fletëve grafene

Stengl et al. kanë treguar përgatitjen e suksesshme të fletëve të pastra të grafenit në sasi të mëdha gjatë prodhimit të nanocomposit nonstochiometric graphene nanometer nga hidroliza termike e pezullimit me nanosheets grafene dhe kompleks titanik peroxo. Nanosheets pastër graphene janë prodhuar nga grafit natyrore duke përdorur një fushë të lartë cavitation intensitet gjeneruar nga procesori tejzanor Hielscher UIP1000hd në një reaktor tejzanor me presion të lartë në 5 bar. Fletët e grafeneve të fituara, me sipërfaqe të lartë specifike dhe vetitë unike elektronike, mund të përdoren si një mbështetje e mirë për TiO2 për të rritur aktivitetin fotokatalitik. Grupi i hulumtimit pohon se cilësia e grafenit të përgatitur ultrasonically është shumë më e lartë se grafeni i marrë nga metoda e Hummerit, ku grafit është shtresuar dhe oksiduar. Meqenëse kushtet fizike në reaktorin tejzanor mund të kontrollohen saktësisht dhe nga supozimi se përqendrimi i grafenit si një dopant do të ndryshojë në rangun e 1 – 0.001%, prodhimi i grafenit në një sistem të vazhdueshëm shkallë komerciale eshte e mundur.

Përgatitje me Trajtimin tejzanor të oksidit të grafenit

Oh et al. (2010) kanë treguar një rrugë përgatitore duke përdorur rrezatim tejzanor për të prodhuar shtresa të oksidit të grafenit (GO). Prandaj, ata pezulluan 25 miligramë pluhur oksid grafeni në 200 ml ujë deionizues. Duke nxitur ata morën një pezullim jo-homogjen kafe. Suspendat rezultuese u sonicated (30 min, 1.3 × 105J), dhe pas tharjes (në 373 K) u prodhua oksid grafene ultrasonically trajtuar. Një spektroskopi FTIR tregoi se trajtimi tejzanor nuk ndryshoi grupet funksionale të oksidit të grafenit.

Ultrasonically exfoliated graphene oxide nanosheets

Figura 2: Imazhi SEM i nanosheets grafenit të marra nga ultrasonication (Oh et al. 2010)

Funksionalizimi i fletëve të grafenit

Xu dhe Suslick (2011) përshkruajnë një metodë të përshtatshme me një hap për përgatitjen e grafit të funksionalizuar të polistirenit. Në studimin e tyre, ata përdorën thekon grafit dhe stirenit si lëndë bazë. Duke sonicating the grafit grafit në stirenit (një monomer reaktive), rrezatim ultratinguj rezultoi në lustrim mekanochemical e thekon grafit në fletë graene me një shtresë dhe pak shtresa. Njëkohësisht, funksionalizimi i fletëve të grafenit me zinxhirët e polistirenit është arritur.
I njëjti proces i funksionalizimit mund të bëhet me monomere të vinileve të tjera për përbërësit e bazuar në grafenë.

Përgatitja e Nanoribbons

Grupi hulumtues i Hongjie Dai dhe kolegët e tij nga Universiteti Stanford gjeti një teknikë për të përgatitur nanoribbons. Shirita Graphene janë shirita të hollë të graphene që mund të kenë karakteristika edhe më të dobishme se sa fletët e grafenit. Në gjerësi prej rreth 10 nm ose më të vogël, sjellja e shiritave të grafenit është e ngjashme me një gjysmëpërçues saqë elektronet detyrohen të lëvizin gjatë gjatësisë. Në këtë mënyrë, mund të jetë interesante të përdoren nanoribbons me funksione gjysmëpërçuese në elektronikë (p.sh. për patate të skuqura më të vogla dhe më të shpejta).
Dai et al. Përgatitja e nanoribbons grafene bazohet në dy hapa: së pari, ata kanë liruar shtresat e grafenit nga grafit me një trajtim të ngrohjes prej 1000ºC për një minutë në 3% hidrogjen në gaz argon. Pastaj, grafeni u thye në shirita duke përdorur ultrasonication. Nanoribbons të marra me këtë teknikë karakterizohen nga shumë më të butë’ sesa ato të bëra nga mjetet konvencionale litografike. (Jiao et al 2009)

Përgatitja e Nanoscrolls karbonit

Nanoscrolls karboni janë të ngjashme me nanotubet e karbonit me shumë mure. Dallimi në MWCNTs është këshilla e hapur dhe aksesi i plotë i sipërfaqeve të brendshme të molekulave të tjera. Ato mund të sintetizohen me lagështi-kimikisht duke ndërfutur grafit me kalium, duke lyer me ujë dhe duke e lancuar pezullimin koloidal. (cfr Viculis et al 2003) Ultrasonication ndihmon shfletimin e monolayers grafene në Nanoscrolls karbonit (shih figurën 3). Një efikasitet i lartë konvertimi prej 80% është arritur, gjë që e bën nanoscrolls prodhimin interesante për aplikimet komerciale.

Ultrasonically assisted synthesis of carbon nanoscrolls

Fig.3: Sinteza ultrasonike e Nanoscrolls karbonit (Viculis et al 2003)

Dispersionet e grafenit

Shkalla e shpërndarjes së grafenit dhe oksidit të grafenit është shumë e rëndësishme për të përdorur potencialin e plotë të grafenit me karakteristikat specifike të tij. Nëse grafeni nuk shpërndahet nën kushte të kontrolluara, polidispersiteti i shpërndarjes së grafenit mund të çojë në sjellje të paparashikueshme ose joideale sapo të inkorporohet në pajisje pasi që vetitë e grafenit ndryshojnë në funksion të parametrave të saj strukturorë. Sonication është një trajtim i provuar për të dobësuar forcat ndërlidhëse dhe lejon një kontroll të saktë të parametrave të rëndësishëm të përpunimit.
"Për oksid grafene (GO), i cili zakonisht shtrihet si fletë me një shtresë, një nga sfidat kryesore të polidispersitetit del nga variacionet në zonën anësore të thekoneve. Është treguar se madhësia mesatare anësore e GO mund të zhvendoset nga 400 nm në 20 μm duke ndryshuar materialin fillestar të grafit dhe kushtet e zërit. "(Green et al. 2010)
Tejzanorja shpërndarë e grafenit që rezulton në slurries gjobë dhe madje edhe koloidale është demonstruar në studime të ndryshme të tjera. (Liu et al., 2011 / Baby et al., 2011 / Choi et al., 2010)
Zhang et al. (2010) kanë treguar se me përdorimin e ultrasonication arrihet një dispersion i qëndrueshëm grafene me një përqendrim të lartë prej 1 mg · mL-1 dhe fletë relativisht të pastër grafene dhe fletët e grafit të përgatitura kanë një përçueshmëri të lartë elektrike prej 712 S · m-1. Rezultatet e spektrit të Fourier transformuar infra të kuqe dhe ekzaminimi i spektrit Raman treguan se metoda e përgatitjes tejzanor ka më pak dëme ndaj strukturave kimike dhe kristale të grafenit.

Aplikime potenciale

Aplikimet biologjike: Një shembull për përgatitjen ultrasonografike të grafenit dhe përdorimi i saj biologjik jepet në studimin "Sinteza e nanokompozitit të grafit-ara nëpërmjet redukimit sonokhemik" nga Park et al. (2011), ku u sintetizua një nanokompozim nga oksidet e reduktuara të grafenit -gold (Au), duke ulur në të njëjtën kohë ionet e arit dhe duke depozituar nanopartikalet e arit në sipërfaqen e oksidit të reduktuar të grafenit në të njëjtën kohë. Për të lehtësuar reduktimin e joneve të arit dhe gjenerimin e funksioneve të oksigjenit për ankorimin e nanopartikulleve të artë në oksidet grafene të reduktuar, rrezatimi me ultratinguj është aplikuar në përzierjen e reagentëve. Prodhimi i biomolekulave të modifikuara me peptide të lidhur me ari, tregon potencialin e rrezatimeve tejzanor të përbërësve të grafenit dhe grafenit. Prandaj, ultratingulli duket të jetë një mjet i përshtatshëm për të përgatitur biomolekula të tjera.
Elektronikë: Graphene është një material mjaft funksional për sektorin elektronik. Për shkak të lëvizshmërisë së lartë të transportuesve të ngarkesave brenda rrjetit të grafenit, grafeni është me interes më të lartë për zhvillimin e përbërësve elektronikë të shpejtë në teknologjinë e frekuencës së lartë.
Sensorë: Grafeni i ekstrofoluar ultrasonikisht mund të përdoret për prodhimin e sensorëve shumë të ndjeshëm dhe selektivë përcjellës (rezistenca e të cilit ndryshon me shpejtësi >10 000% në avujt e etanolit të ngopur), dhe ultrakapanatorët me një kapacitet specifik jashtëzakonisht të lartë (120 F / g), densitet të energjisë (105 kW / kg) dhe densitet të energjisë (9.2 Wh / kg). (Një et al. 2010)
Alkooli: Për prodhimin e alkoolit: Një aplikim anësor mund të jetë përdorimi i grafenit në prodhimin e alkoolit, aty membranat e grafenit mund të përdoren për të distiluar alkoolin dhe për të bërë kështu pije alkoolike më të forta.
Si materiali më i fortë, më përcjellës elektrik dhe një nga materialet më të lehta dhe më fleksibël, grafeni është një material premtues për qelizat diellore, katalizë, ekrane transparente dhe emisive, rezonatorë mikromekanikë, transistorë, si katodë në bateritë litium-ajër, për detektorë kimikë ultrasensitive , veshjet përçuese si dhe përdorimi si aditiv në komponime.

Na kontaktoni / kërkoni më shumë informacion

Bisedoni me ne në lidhje me kërkesat tuaja të përpunimit. Ne do të rekomandojë më të përshtatshme instalimit dhe përpunimit parametrat për projektin tuaj.





Ju lutem vini re tonë Politika e privatësisë.


Shkarkoni artikullin e plotë si PDF këtu:
Përgatitja e asistuar ultrasonikisht e grafenit

Letërsi / Referencat

  • Një, X .; Simmons, T .; Shah, R .; Wolfe, C ;; Lewis, KM; Uashington, M.; Nayak, SK; Talapatra, S .; Kar, S. (2010): Dispersione të qëndrueshme ujore të grafenit të funksionalizuara jo-kovale nga Graphite dhe Aplikimet e tyre multifunksionale me performancë të lartë. Letrat Nano 10/2010. faqe 4295-4301.
  • Foshnja, T. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): Transferim i zgjeruar konvektiv i nxehtësisë duke përdorur nanofluide të shpërndara në grafen. Letrat e Kërkimit të Nano-shkallës 6: 289, 2011.
  • Bang, JH; Suslick, KS (2010): Aplikime të ultrazërit në sintezën e materialeve nanostrukturuara. Materialet e përparuara 22/2010. faqe 1039-1059.
  • Choi, EY; Han, TH; Hong, J .; Kim, JE; Lee, SH; Kim, HW; Kim, SO (2010): Funksionalizimi jokovalent i grafenit me polimere fund funksionale. Gazeta e Kimisë së Materialeve 20 / 2010. fq 1907-1912.
  • Geim, AK (2009): Graphene: Statusi dhe perspektivat. Shkencë 324/2009. faqe 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • E gjelbër, AA; Hersam, MC (2010): Metodat e reja për prodhimin e shpërndarjeve Monodisperse Graphene. Revista e Letrave të Kimisë Fizike 2010. fq. 544-549.
  • Guo, J .; Zhu, S .; Chen, Z.; Li, Y.; Yu, Z.; Liu, Z.; Liu, Q .; Li, J .; Feng, C ;; Zhang, D. (2011): Sinteza Sonokimike e TiO (2 nanopartikuj në grafen për përdorim si fotokatalizator
  • Hasan, K. ul; Sandberg, MO; Nur, O .; Willander, M. (2011): Stabilizimi i polikacionit të pezullimeve të grafenit. Letrat e Kërkimit të Nano-shkallës 6: 493, 2011.
  • Liu, X .; Pan, L .; Lv, T .; Zhu, G .; Lu, T .; Dielli, Z.; Sun, C. (2011): Sinteza e ndihmuar me mikrovalë e përbërësve të oksidit të grafenit të reduktuar TiO2 për uljen fotokatalitike të Cr (VI). RSC Përparimet 2011.
  • Malig, J .; Englert, JM; Hirsch, A .; Guldi, DM (2011): Kimi i lagur i Grafenit. Ndërfaqja e Shoqërisë Elektrokimike, Pranvera 2011. fq 53-56.
  • Oh, W. Ch .; Chen, ML; Zhang, K .; Zhang, FJ; Jang, WK (2010): Efekti i Trajtimit Termik dhe Tejzanor mbi Formimin e Nanosheets Graphene-Oksid. Gazeta e Shoqërisë Fizike Koreane 4/56, 2010. f. 1097-1102.
  • Sametband, M.; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): Mikrosferat e oksidit të grafenit të përgatitur me një metodë të thjeshtë, me një hap tejzanor. Gazeta e Re e Kimisë 36/2012. faqe 36-39.
  • Savoskin, MV; Mochalin, VN; Yaroshenko, AP; Lazareva, NI; Konstanitinova, TE; Baruskov, IV; Prokofiev, IG (2007): nanoscrolls karboni të prodhuara nga komponimet e interkimit të grafitit të llojit pranues. Karboni 45/2007. faqe 2797-2800.
  • Stankovich, S .; Dikin, DA; Piner, RD; Kohlhaas, KA; Kleinhammes, A .; Jia, Y.; Wu, Y.; Nguyen, ST; Ruoff, RS (2007): Sinteza e nanosheets me bazë grafeni përmes zvogëlimit kimik të oksidit të grafitit të eksfoliuar. Karboni 45/2007. faqe 1558-1565.
  • Stengl, V .; Popelková, D .; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite si Photocatalysts me performancë të lartë. Në: Gazeta e Kimisë Fizike C 115/2011. f. 25209-25218.
  • Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Enciklopedia e Teknologjisë Kimike; Ed. J. Wiley & Bijtë: New York, 1998, Vol. 26, faqe 517-541.
  • Viculis, LM; Mack, JJ; Kaner, RB (2003): Një Itinerar Kimik To Nanoscrolls Carbon. Shkencë, 299/1361; 2003.
  • Xu, H .; Suslick, KS (2011): Përgatitja Sonokimike e Grafeneve të Funksionalizuara. Në: Gazeta e Shoqërisë Kimike Amerikane 133/2011. fq.9148-9151.
  • Zhang, W .; Ai, W .; Jing, X. (2010): Përgatitja e një shpërndarjeje të qëndrueshme të grapenit me përqendrim të lartë nga ultrazërit. Journal of Kimi Fizike B 32/114, 2010. fq. 10368-10373.
  • Jiao, L .; Zhang, L .; Wang, X .; Diankov, G .; Dai, H. (2009): Nanoribbone të ngushta të grafenit nga nanotubat e karbonit. Natyra 458 / 2009. fq 877-880.
  • Parku, G .; Lee, KG; Lee, SJ; Park, TJ; Wi, R .; Kim, DH (2011): Sinteza e nanokompozitave Graphene-Gold përmes Reduktimit Sonokimik. Revista e nanoshkencës dhe nanoteknologjia 7/11, 2011. fq 6095-6101.
  • Zhang, RQ; De Sakar, A. (2011): Studime teorike mbi formimin, akordimin e pronave dhe përvetësimin e segmenteve të grafenit. Në: M. Sergey (ed.): Fizikë dhe Zbatime të Graphene - Teoria. InTech 2011. fq 3-28.