Eksfolimi me Grafen me Bazë Uji
Eksfolimi tejzanor lejon prodhimin e grafenit me pak shtresa pa përdorimin e tretësve të ashpër duke përdorur vetëm ujë të pastër. Sonicizimi i fuqisë së lartë i delaminon fletët e grafenit brenda një trajtimi të shkurtër. Shmangia e tretësve e kthen eksfolimin e grafenit në një proces të gjelbër dhe të qëndrueshëm.
Prodhimi i Grafenit nëpërmjet Eksfolimit të Fazës së Lëngshme
Grafeni prodhohet në mënyrë komerciale nëpërmjet të ashtuquajturit eksfolimi i fazës së lëngshme. Eksfolimi i fazës së lëngshme të grafenit kërkon përdorimin e tretësve toksikë, të dëmshëm për mjedisin dhe të shtrenjtë, i cili përdoret si para-trajtim kimik ose në kombinim me/me një teknikë dispersioni mekanik. Për shpërndarjen mekanike të fletëve të grafenit, ultratingulli është krijuar si teknikë shumë e besueshme, efikase dhe e sigurt për të prodhuar fletë grafeni me cilësi të lartë në sasi të mëdha në nivel plotësisht industrial. Duke qenë se përdorimi i tretësve të ashpër shoqërohet gjithmonë me kosto, kontaminim, heqje dhe asgjësim kompleks, shqetësime sigurie si dhe ngarkesë mjedisore, një alternativë jo toksike dhe më e sigurt është shumë e dobishme. Eksfolimi i grafenit duke përdorur ujin si tretës dhe ultratingulli i fuqisë për delaminimin mekanik të fletëve të pakta të grafenit është një teknikë shumë premtuese për prodhimin e grafenit të gjelbër.
Tretësit e zakonshëm, të cilët shpesh përdoren si fazë të lëngët për të shpërndarë nanofletët e grafenit, përfshijnë dimetil sulfoksid (DMSO), N,N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirrolidon (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahidrofuran (THF). ), propileni karbonataceton (PC), etanol dhe formamid.
Si një teknikë e krijuar tashmë afatgjatë për eksfolimin e grafenit në shkallë komerciale, ultratingulli mundëson prodhimin e grafenit me cilësi të lartë me pastërti të lartë me kosto të ulët. Meqenëse eksfolimi tejzanor i grafenit mund të shkallëzohet plotësisht linear në çdo vëllim, rendimenti i prodhimit të thekoneve të grafenit me cilësi të lartë mund të zbatohet lehtësisht për prodhimin masiv të grafenit.
UIP2000hdT është një shpërndarës tejzanor i fuqishëm 2 kW për eksfolimin dhe shpërndarjen e grafenit.
Eksfolimi tejzanor i Grafenit në Ujë
Tyurnina etj. (2020) hetoi efektet e amplitudës dhe intensitetit të sonikimit në zgjidhjet e pastërta të ujit-grafit dhe eksfolimin e grafenit që rezulton. Në studim, ata përdorën një Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Eksfolimi tejzanor duke përdorur ujë u aplikua si një proces me një hap të vetëm për delaminimin e grafenit me pak shtresa. Një trajtim i shkurtër prej 2 orësh ishte i mjaftueshëm për të prodhuar grafen me pak shtresa në një konfigurim të sonikimit të gotës së hapur.
Një sekuencë me shpejtësi të lartë (nga a në f) kornizash që ilustron shtresimin sono-mekanik të një flake grafiti në ujë duke përdorur UP200s, një ultrasonikator 24 kHz me sonotrode 3 mm. Shigjetat tregojnë vendin e ndarjes (eksfolimit) me flluska të kavitacionit që depërtojnë në çarje.
© Tyurnina et al., 2020
Optimizimi i Eksfolimit të Grafenit me ultratinguj
Konfigurimi tejzanor i përdorur nga Tyurnina et al. (2020) mund të optimizohet lehtësisht për më shumë efikasitet dhe eksfolim më të shpejtë duke përdorur një reaktor tejzanor të mbyllur në modalitetin e rrjedhjes. Trajtimi inline me tejzanor lejon një trajtim tejzanor dukshëm më uniform të të gjithë lëndës së parë të grafitit: duke ushqyer zgjidhjen e grafitit/ujit direkt në hapësirën e kufizuar të kavitacionit tejzanor, i gjithë grafiti bëhet në mënyrë të njëtrajtshme sonike duke rezultuar në një rendiment të lartë të thekoneve të grafenit me cilësi të lartë.
Sistemet Hielscher Ultrasonics lejojnë kontroll të saktë mbi të gjithë parametrat e rëndësishëm të përpunimit, si amplituda, koha / mbajtja, futja e energjisë (Ws/mL), presioni dhe temperatura. Vendosja e parametrave optimale tejzanor rezulton në rendimentin, cilësinë dhe efikasitetin më të lartë.
Si e promovon ultrazërit eksfolimin e grafenit
Kur valët e ultrazërit me fuqi të lartë bashkohen në një llucë pluhuri grafiti dhe uji ose ndonjë tretës, forcat sonomekanike të tilla si prerja e lartë, turbulencat intensive dhe diferencat e presionit të lartë dhe temperaturës krijojnë kushte intensive të energjisë. Këto kushte me energji intensive janë rezultat i fenomenit të kavitacionit akustik.
Lexoni më shumë rreth kavitacionit tejzanor këtu!
Ultratingulli i fuqisë fillon zgjerimin e pluhurit të grafitit, pasi lëngjet shtypen midis shtresave të grafenit, nga të cilat përbëhet grafiti. Forcat e prerjes tejzanor i shtrembërojnë fletët e vetme të grafenit dhe i shpërndajnë ato si thekon grafeni në tretësirë. Për të marrë qëndrueshmëri afatgjatë të grafenit në ujë, kërkohet një surfaktant.
Mekanizmi i eksfolimit të fazës së lëngshme tejzanor të eksfolimit të grafenit.
Studim dhe fotografi nga Tyurnina et al., 2021.
Ultrasonikë me performancë të lartë për eksfolimin e grafenit
Veçoritë inteligjente të ultrazërit Hielscher janë krijuar për të garantuar funksionim të besueshëm, rezultate të riprodhueshme dhe lehtësi për përdoruesit. Cilësimet operative mund të aksesohen dhe thirren lehtësisht nëpërmjet menysë intuitive, e cila mund të aksesohet nëpërmjet ekranit me prekje dixhitale me ngjyra dhe telekomandës së shfletuesit. Prandaj, të gjitha kushtet e përpunimit si energjia neto, energjia totale, amplituda, koha, presioni dhe temperatura regjistrohen automatikisht në një kartë SD të integruar. Kjo ju lejon të rishikoni dhe krahasoni ekzekutimet e mëparshme të sonikimit dhe të optimizoni procesin e eksfolimit të grafenit me efikasitetin më të lartë.
Sistemet Hielscher Ultrasonics përdoren në mbarë botën për prodhimin e fletëve dhe oksideve të grafenit me cilësi të lartë. Ultrasonikët industrialë Hielscher mund të ekzekutojnë lehtësisht amplituda të larta në funksionim të vazhdueshëm (24/7/365). Amplituda deri në 200µm mund të gjenerohen lehtësisht vazhdimisht me sonotroda standarde (sonda tejzanor / brirë dhe kaskatrodaTM). Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara. Për shkak të qëndrueshmërisë së tyre dhe mirëmbajtjes së ulët, sistemet tona të eksfolimit me ultratinguj instalohen zakonisht për aplikime të rënda dhe në mjedise kërkuese.
Procesorët tejzanor Hielscher për eksfolimin e grafenit janë instaluar tashmë në të gjithë botën në shkallë komerciale. Na kontaktoni tani për të diskutuar procesin tuaj të prodhimit të grafenit! Stafi ynë me përvojë të mirë do të jetë i lumtur të ndajë më shumë informacion mbi procesin e eksfolimit, sistemet tejzanor dhe çmimet!
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
| Vëllimi i grupit | Shkalla e rrjedhjes | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri në 500 ml | 10 deri në 200 ml/min | UP100H |
| 10 deri në 2000 ml | 20 deri në 400 ml/min | UP200Ht, UP400 St |
| 0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100 litra | 2 deri në 10 l/min | UIP4000hdT |
| na | 10 deri në 100 l/min | UIP16000 |
| na | më të mëdha | grumbull i UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë për përzierjen e aplikimeve, shpërndarjen, emulsifikimin dhe nxjerrjen në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.
Literatura / Referencat
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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.
Fakte që ia vlen të dihen
Çfarë është Grafeni?
Grafeni është një shtresë e vetme e sp2-atomet e karbonit të lidhur. Grafeni ofron karakteristika unike materiale të tilla si një sipërfaqe e jashtëzakonshme e madhe specifike (2620 m2g-1), veti mekanike superiore me një modul Young prej 1 TPa dhe një forcë të brendshme prej 130 GPa, një përçueshmëri elektronike jashtëzakonisht të lartë (lëvizshmëria e elektroneve në temperaturë dhome prej 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), përçueshmëri termike shumë e lartë (mbi 3000 W m K-1), për të përmendur pronat më të rëndësishme. Për shkak të vetive superiore të materialit, grafeni përdoret shumë në zhvillimin dhe prodhimin e baterive me performancë të lartë, qelizave të karburantit, qelizave diellore, superkondensatorëve, depove të hidrogjenit, mburojave elektromagnetike dhe pajisjeve elektronike. Për më tepër, grafeni përfshihet në shumë nanokompozite dhe materiale të përbëra si aditiv përforcues, p.sh. në polimere, qeramikë dhe matrica metalike. Për shkak të përçueshmërisë së tij të lartë, grafeni është një komponent i rëndësishëm i bojrave dhe bojërave përçuese.
Përgatitja e shpejtë dhe e sigurt me ultratinguj e grafenit pa defekte në vëllime të mëdha me kosto të ulëta lejon zgjerimin e aplikimeve të grafenit në gjithnjë e më shumë industri.
Grafeni është një shtresë karboni me trashësi një atom, 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 (moduli i Young prej 1 TPa dhe forca e brendshme prej 130 GPa), ofron përçueshmëri të madhe elektronike dhe termike, lëvizshmëri të bartësit të ngarkesës, transparencë dhe është i papërshkueshëm nga gazrat. Për shkak të këtyre karakteristikave të materialit, grafeni përdoret si aditiv përforcues për t'i dhënë kompoziteve forcën, përçueshmërinë, etj. Për të kombinuar karakteristikat e grafenit me materiale të tjera, grafeni duhet të shpërndahet në përbërje ose të aplikohet si një shtresë e hollë. mbi një substrat.
Ultrasonikë me performancë të lartë! Gama e produkteve të Hielscher mbulon spektrin e plotë nga ultrasonikatori kompakt laboratorik mbi njësitë e sipërme të stolit deri te sistemet tejzanor të plotë industrial.