Nxjerrja e grafenit me bazë uji
Shtresimi tejzanor lejon prodhimin e grafenit me disa shtresa pa përdorimin e tretësve të ashpër duke përdorur vetëm ujë të pastër. Sonifikimi me fuqi të lartë delaminon fletët e grafenit brenda një trajtimi të shkurtër. Shmangia e tretësve kthen shtresimin e grafenit në një proces të gjelbër, të qëndrueshëm.
Prodhimi i grafenit përmes shtresimit të fazës së lëngshme
Grafeni prodhohet komercialisht përmes të ashtuquajturës shtresim i fazës së lëngët. Shtresimi i grafenit në fazën e lëngshme 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 të shpërndarjes mekanike. Për shpërndarjen mekanike të fletëve të grafenit, ultrasonikimi është vendosur 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. Meqenëse përdorimi i tretësve të ashpër shoqërohet gjithmonë me kosto, ndotje, heqje dhe asgjësim kompleks, shqetësime të sigurisë si dhe ngarkesë mjedisore, një alternativë jo toksike dhe më e sigurt është dukshëm e favorshme. Shtresimi i grafenit duke përdorur ujin si ultratinguj tretës dhe energji për delaminimin mekanik të disa shtresave të grafenit të shtresave është pra një teknikë mjaft premtuese për një prodhim të grafenit të gjelbër.
Tretësit e zakonshëm, të cilët shpesh përdoren si fazë e lëngët për shpërndarjen e nanoshefeve të grafenit, përfshijnë sulfideoksid (DMSO), N, N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirrolidon (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahidrofuran (THF) ), karbonateaceton propilen (PC), etanol dhe formamid.
Si një teknikë e vendosur tashmë afatgjatë për shtresimin e grafenit në shkallë komerciale, ultrasonikimi mundëson prodhimin e grafenit me cilësi të lartë me pastërti të lartë me kosto të ulët. Ndërsa shtresimi tejzanor i grafenit mund të shkallëzohet plotësisht linear për çdo vëllim, prodhimi i prodhimit të thekonve të grafenit me cilësi të lartë mund të zbatohet lehtësisht për prodhimin masiv të grafenit.
The UIP2000hdT është një shpërndarës tejzanor i fuqishëm 2kW për shtresimin dhe shpërndarjen e grafenit.
Shtresimi tejzanor i grafenit në ujë
Tyurnina etj. (2020) hetoi efektet e amplitudës dhe intensitetit të sonifikimit në tretësira të pastra të ujit-grafit dhe shtresimit të grafenit që rezulton. Në studim, ata përdorën një Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Shtresimi tejzanor duke përdorur ujë u aplikua si një proces i vetëm hapi për disa shtresime grafeni me shtresa. Një trajtim i shkurtër i 2h ishte i mjaftueshëm për të prodhuar grafen me disa shtresa në një konfigurim të zërit të gotës së hapur.
Një sekuencë me shpejtësi të lartë (nga a në f) e kornizave që ilustrojnë shtresimin sono-mekanik të një flake grafit në ujë duke përdorur UP200s, një ultrasonicator 24 kHz me sonotrode 3 mm. Shigjetat tregojnë vendin e ndarjes (shtresimit) me flluska kavitacioni që depërtojnë në ndarje.
© Tyurnina etj. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
Optimizimi i shtresimit tejzanor të grafenit
Instalimi tejzanor i përdorur nga Tyurnina et al. (2020) mund të optimizohet lehtësisht për më shumë efikasitet dhe shtresim më të shpejtë duke përdorur një reaktor tejzanor të mbyllur në modalitetin e rrjedhjes. Trajtimi tejzanor inline lejon një trajtim tejzanor dukshëm më uniform të të gjithë lëndës së parë të grafit: ushqimi i grafitit / tretësirës së ujit direkt në hapësirën e kufizuar të kavitimit tejzanor, i gjithë grafiti bëhet sonik i njëtrajtshëm duke rezultuar në një rendiment të lartë të thekonve 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, hyrja e energjisë (Ws / mL), presioni dhe temperatura. Vendosja e parametrave optimalë tejzanor rezulton në rendimentin më të lartë, cilësinë dhe efikasitetin e përgjithshëm.
Si e Nxit Ultrasonikimi Ngjyrosjen e Grafenit
Kur valët e ultrazërit me fuqi të lartë bashkohen në një slurrë pluhuri grafit dhe uji ose ndonjë tretësi, forcat sonomekanike të tilla si prerja e lartë, turbulencat e forta dhe presioni i lartë dhe diferencat e temperaturës krijojnë kushte energjike-intensive. Këto kushte me intensitet të lartë të energjisë janë rezultat i fenomenit të kavitacionit akustik. Lexoni më shumë rreth kavitacionit tejzanor këtu!
Ekografia e fuqisë fillon zgjerimin e pluhurit të grafit, pasi lëngjet shtypen midis shtresave të grafenit, nga të cilat është i përbërë grafit. Forcat prerëse tejzanor delaminojnë 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.
Studimi dhe fotografia nga Tyurnina et al., 2021.
Ultrasonicators me performancë të lartë për shtresimin e grafenit
Karakteristikat inteligjente të ultrasonicators të Hielscher janë krijuar për të garantuar funksionim të besueshëm, rezultate të riprodhueshme dhe mirëdashësi për përdoruesit. Cilësimet operacionale mund të arrihen dhe të thirren me lehtësi përmes menusë intuitive, e cila mund të arrihet përmes ekranit dixhital me ngjyra të prekjes dhe telekomandës së shfletuesit. Prandaj, të gjitha kushtet e përpunimit të tilla 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 shtresimit të grafenit në efikasitetin më të lartë.
Sistemet Hielscher Ultrasonics përdoren në të gjithë botën për prodhimin e fletëve të grafenit dhe oksideve të grafenit me cilësi të lartë. Ultrasonicators industriale Hielscher lehtë mund të drejtojnë amplituda të larta në funksionim të vazhdueshëm (24/7/365). Amplituda deri në 200 μm mund të gjenerohet lehtësisht vazhdimisht me sonotroda standarde (sonda / brirë tejzanor dhe cascatrodesTM) Për amplituda edhe më të larta, janë në dispozicion sonotroda të personalizuara tejzanor. Për shkak të fuqisë së tyre dhe mirëmbajtjes së ulët, sistemet tona të lulëzimit tejzanor zakonisht instalohen për aplikime të rënda dhe në mjedise kërkuese.
Përpunuesit tejzanor të Hielscher për shtresimin 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 shtresimit, sistemet tejzanor dhe çmimet!
Tabela më poshtë ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonicators tonë:
| Vëllimi i Serisë | Shkalla e rrjedhjes | Devices rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri 500mL | 10 deri 200mL / min | UP100H |
| 10 deri në 2000 ml | 20 deri 400mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L / min | UIP4000hdT |
| na | 10 deri në 100L / min | UIP16000 |
| na | më e madhe | grup i UIP16000 |
Na kontaktoni! / Pyet Na!
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë për përzierjen e aplikacioneve, shpërndarjen, emulsifikimin dhe nxjerrjen në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.
Literatura / Referencat
- 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 të vlefshme
Graphene
Grafeni është një monoslojës i sp2të lidhura me atome karboni. Grafeni ofron karakteristika unike materiale të tilla si një zonë e jashtëzakonshme e madhe specifike e sipërfaqes (2620 m2G-1), vetitë mekanike superiore me një modul të Young-it prej 1 TPa dhe një forcë të brendshme prej 130 GPa, një përçueshmëri shumë të lartë elektronike (lëvizja e elektronit të temperaturës së dhomës prej 2,5 x 105 cm2 V-1s-1), përçueshmëri shumë të lartë termale (mbi 3000 W m K-1), për të përmendur pronat më të rëndësishme. Për shkak të vetive materiale superiore, grafeni përdoret shumë në zhvillimin dhe prodhimin e baterive me performancë të lartë, qelizat e karburantit, qelizat diellore, supercapacitor, magazinat e hidrogjenit, mburojat elektromagnetike dhe pajisjet elektronike. Për më tepër, grafeni është inkorporuar në shumë nanocomposites dhe materialeve të përbërë si përforcues shtesë, p.sh. në polimere, qeramikë dhe matricat metalike. Për shkak të përçueshmërisë së lartë, grafeni është një komponent i rëndësishëm i bojrave dhe i bojrave përçueshëm.
Të shpejtë dhe të sigurt përgatitja tejzanor e grafenit të defektit në vëllime të mëdha me kosto të ulët lejon për zgjerimin e aplikacioneve të graphene në më shumë industri dhe më shumë.
Grafeni është një shtresë e karbonit me një atom, e cila mund të përshkruhet si një strukturë me një shtresë ose 2D të grafenit (grafene me një shtresë grafene = SLG). Grafeni ka një sipërfaqe jashtëzakonisht të madhe specifike sipërfaqësore dhe vetitë mekanike superiore (moduli i Young-it prej 1 TPa dhe forca e brendshme e 130 GPa), ofron një përçueshmëri të madhe elektronike dhe termike, lëvizshmërinë e bartësit të ngarkesës, transparencën dhe është i papërshkueshëm nga gazrat. Për shkak të këtyre karakteristikave materiale, grafeni përdoret si shtesë përforcuese për t'i dhënë përbërësve forcën, përçueshmërinë, etj. Për të kombinuar karakteristikat e grafenit me materiale të tjera, grafeni duhet të shpërndahet në kompleks ose të aplikohet si një shtresë e hollë e filmit mbi një substrate.
Ultrasonikët me performancë të lartë! Gama e produkteve të Hielscher mbulon spektrin e plotë nga ultrasonicatori i laboratorit kompakt mbi njësitë e nivelit të lartë deri te sistemet tejzanor tërësisht industriale.