Graphene Nanoplatelets Synthesized and Dispersed via Probe-Sonication
Graphene nanoplatelets (GNPs) se mogu sintetizovati i raspršiti sa visokom efikasnošću i pouzdanosti pomoću sononika. Ultrazvučnost visokog intenziteta je upotrebljena za eksfolijaciju grafita i dobijanje maloslojnog grafena, koji se često naziva grafen nanoplatelet. Sonication se takođe ističe u postizanju odlične distribucije grafena nanoplateleta kako u niskim tako i u visoko viskvenim suspenzijama.
Obrada graphene Nanoplatelet – Superiorni rezultati sa sonikacijom
Za obradu grafena nanoplatelet, sononičari tipa sonde su najefikasniji, pouzdani i jednostavni alati za korišćenje. Pošto se ultrazvučnost može primeniti za sintezu, raspršivanje i funkcionalizaciju grafena nanoplateleta, sononičari se koriste za brojne aplikacije vezane za grafen:
- Eksfolijacija i sinteza Sononičari tipa soničnih sondi koriste se za eksfolijatografiju u maloslojne grafene ili grafenske nanoplatelete. Ultrazvučnost visokog intenziteta remeti interlajerske sile i razlaže grafit na manje, pojedinačne listove grafena.
- Disperziranih Postizanje ujednačenog raspršivanja grafena nanoplateleta u tečnom medijumu je ključno za sve primene vezane za grafen. Sononičari tipa sonde mogu ravnomerno da rasteraju nanoplatelet tokom cele tečnosti, sprečavajući aglomeraciju i obezbeđujući stabilno vešanje.
- Funkcionalnost: Sonicija olakšava funkcionalizaciju grafenskih nanoplateleta promovisanjem priloga funkcionalnih grupa ili molekula na njihovim površinama. Ova funkcionalnost poboljšava njihovu kompatibilnost sa određenim polimerima ili materijalima.
Graphene Nanoplatelet Synthesis via Sonication
Graphene nanoplatelets se mogu sintetizovati ultrasonično potpomognutim grafitnim eksfolijacijama. Zbog toga se grafitno vešanje sonično koristi ultrazvučni homogenizer tipa sonde. Ovaj postupak je testiran veoma niskom (npr. 4wt% ili nižom) na visoku čvrstu (npr. 10wt% ili veću) koncentraciju.
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Dobijene slike elektronskog mikroskopa visoke rezolucije grafenih nanosheta
ultrasonično potpomognutim aqueous phase disperzijama i Hummer metodom.
(Studija i grafika: Ganem i Rehim, 2018)
Koja je razlika između Graphene listova i Nanoplateletsa?
Graphene listovi i grafen nanoplateleti su oba nanomaterijala sastavljena od grafena, koji je jedan sloj atoma ugljenika raspoređen u heksagonalnu letvi. Ponekad se grafenski listovi i grafenske nanoplate koriste kao zamenljivi termini. Ali naučno, postoji nekoliko razlika između ovih grafenskih nanomaterijala: primarna razlika između grafenskih listova i grafenskih nanoplateleta leži u njihovoj strukturi i debljini. Graphene listovi se sastoje od jednog sloja atoma ugljenika i izuzetno su tanki, dok su grafenske nanoplatelete deblje i sastavljene od više naslaganih grafen slojeva. Ove strukturne razlike mogu da utiču na njihova svojstva i prikladnost za određene aplikacije. Upotreba sononičara tipa sonde je veoma efikasna i efikasna tehnika sintetizacije, raspršivanja i funkcionalizacije grafenske posteljine sa jednim slojem, kao i maloslojnih naslaganih grafenskih nanoplateleta.

Soniator tipa sonde UP400St za pripremu raspršivanja grafena nanoplateleta
Raspršivanje Graphene Nanoplatelets koristeći Sonication
Ujednačeno raspršivanje grafena nanoplateleta (GPS) je od presudnog značaja u raznim aplikacijama jer direktno utiče na svojstva i performanse dobijenih materijala ili proizvoda. Zbog toga su sononičari instalirani za razilaženje grafena nanoplateleta u raznim industrijama. Sledeće industrije su istaknuti primeri za upotrebu power-ultrazvuka:
- Nano-kompoziti: Graphene nanoplateleti se mogu ugraditi u različite nanokompecijalne materijale, kao što su polimeri, kako bi se poboljšala njihova mehanička, električna i termalna svojstva. Sononičari tipa soničari pomažu u ravnomernom raspršivanju nanoplateleta unutar polimerne matrice, što rezultira poboljšanim performansama materijala.
- Elektrode i baterije: Graphene nanoplatelet se koristi u razvoju elektroda visokih performansi za baterije i superkapitatore. Sonication pomaže u stvaranju dobro raspršenih elektrodnih materijala na bazi grafena sa povećanom površinom, što poboljšava mogućnosti skladištenja energije.
- Kataliza: Sonication se može koristiti za pripremu katalitičkih materijala na bazi grafenih nanoplateleta. Ujednačeno raspršivanje katalitičkih nanočestica na površini grafena može poboljšati katalitičku aktivnost u raznim reakcijama.
- Senzori: Graphene nanoplatelets se može koristiti u izradi senzora za različite aplikacije, uključujući osećaj gasa, biosenzing i praćenje životne sredine. Sonicija obezbeđuje homogenu raspodelu nanoplateleta u senzorskim materijalima, što dovodi do poboljšane osetljivosti i performansi.
- Premazi i filmovi: Sononičari tipa soničnih sondi koriste se za pripremu grafenih premaza nanoplateleta i filmova za primenu u elektronici, vazdušnom prostoru i zaštitnim premazima. Jednoobrazno raspršivanje i pravilno adhezija prema supstratima su od presudnog značaja za ove aplikacije.
- Biomedicinska primena: U biomedicinim aplikacijama, grafen nanoplateleti se mogu koristiti za isporuku droge, obradu slika i inženjering tkiva. Sonication pomaže u pripremi nanočestica i kompozita na bazi grafena koji se koriste u ovim aplikacijama.
Science-Proven Results for Ultrasonic Graphene Nanoplatelet Dispersions
Naučnici su koristili Hielscher sononikatore za sintezu i raspršivanje grafena nanoplateleta u brojnim studijama i energično testirali efekte ultrazvučnosti. U nastavku možete pronaći nekoliko primera za uspešno mešanje grafenih nanoplateleta u različite mešavine kao što su aqueous slurries, expoy smole ili malter.
Uobičajena procedura za pouzdano, brzo jednoobrazno raspršivanje grafena nanoplateleta je sledeća procedura:
Za raspršivanje, grafenske nanoplatelete su bile sonične unutar čistog acetona koristeći Hielscher ultrazvučni mikser UP400S skoro jedan sat kako bi se sprečila aglomeracija grafenskih listova. Aceton je potpuno uklonjen isparavanjem. Zatim, grafen nanoplateleti su dodati na 1 wt % epoksidnog sistema i bili su sonični u epoksidnoj smoli na 90W 15 minuta.
(cf. Cakir et al., 2016)
Druga studija istražuje ojačavanje joničnih nanofluida (jonofluida) dodavanjem grafenskih nanoplateleta. Za superiorno raspršivanje, mešavina grafena nanoplateleta, jonične tečnosti i natrijum dodecyl benzene sulfonate homogenizovana je koristeći Hielscher sonda-tip sonda sonicator UP200S oko 90 min.
(cf. Alizadeh et al., 2018)
Tragazikis et al. (2019) report the effective incorporation of graphene nanoplatelets into mortar. Stoga su aqueous graphene suspenzije proizvedene dodatkom nanoplateleta – kod tegova koje su upisane poželjnim ciljnim sadržajem u rezultujućim materijalima – u mešavinama obične vode iz česme i plastelizera i naknadnog magnetnog komešanja 2 min. Suspenzije su homogenizovane ultrazvučnošću na 90 min na sobnoj temperaturi, koristeći Hielscher UP400S uređaj (Hielscher Ultrasonics GmbH) opremljen sonotrodom od 22mm isporučujući protok energije od 4500 J/min na frekvenciji od 24 kHz. Specifična kombinacija energetske stope i trajanja sonication-a ustanovljena je kao optimalna posle pedantne istrage efekta ultrazvučnih parametara kvaliteta suspenzije.
(cf. Tragazikis et al., 2019)
Zainal et al. (2018) navode u svojim istraživanjima da pravilna tehnika raspršivanja kao što je sonikacija osigurava da nanomaterijali kao što su grafen nanoplateteleti mogu da poboljšaju svojstva materijala za navršavanje. To je posledica činjenice da je disperzija jedan od najvažnijih faktora za proizvodnju visokokvalitetnih nanokompozita kao što je epoksid grout.

Uzorak čistog BMIM-PF6 (levo) i ultrasonično pripremljenog ionanofluida na 2% wt. (desno).
(Studija i slike: ©Alizadeh et al., 2018)
Sonicatori visokih performansi za obradu Graphene Nanoplatelet
Hielscher Ultrasonics je lider na tržištu kada su u pitanju ultrazvučnici visokih performansi za nanomaterijsku obradu. Hielscher sononičari tipa sonde koriste se širom sveta u laboratorijama i industrijskim postavkama za različite aplikacije, uključujući obradu grafenske nanoplateleta.
Najmodernija tehnologija, nemačko zanatsko i inženjersko, kao i dugogodišnje tehničko iskustvo čine Hielscher Ultrasonics vašim poželjnim partnerom za sočnu ultrazvučnu primenu.
- висока ефикасност
- Najmodnišna tehnologija
- Pouzdanost & robusnosti
- podesiva, precizna kontrola procesa
- grupnu obradu & Umetnute
- za bilo koji volumen
- inteligentan softver
- pametne funkcije (npr. programibilne, protokolarstvo podataka, daljinski upravljač)
- Lak i bezbedan za rad
- slabo održavanje
- CIP (čisto na mestu)
Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvalitet napravljen u Nemačkoj
Hielscher ultrazvučni su dobro poznati po najvišim standardima kvaliteta i dizajna. Robustnost i lak rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnika u industrijske objekte. Grubim uslovima i zahtevnim okruženjima lako rukohvate Hielscher ultrazvučnici.
Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i poseban akcenat stavlja na ultrazvučnike visokih performansi koji sadrže vrhunsku tehnologiju i user-friendliness. Naravno, Hielscher ultrazvučni su CE usaglašeni i ispunjavaju zahteve UL, CSA i RoHs.
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:
батцх tom | Проток | Препоручени уређаји |
---|---|---|
0.5 до 1.5мЛ | Н.А. | ВиалТвеетер | 1 до 500 мл | 10 до 200мЛ / мин | УП100Х |
10 до 2000мЛ | 20 до 400мЛ / мин | УП200Хт, УП400Ст |
0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л / мин | УИП2000хдТ |
10 до 100Л | 2 до 10Л / мин | UIP4000hdT |
15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
Н.А. | 10 до 100Л / мин | УИП16000 |
Н.А. | веће | кластер УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Literatura/reference
- Ghanem, A.F.; Abdel Rehim, M.H. (2018): Assisted Tip Sonication Approach for Graphene Synthesis in Aqueous Dispersion. Biomedicines 6, 63; 2018.
- Zainal, Nurfarahin; Arifin, Hanis; Zardasti, Libriati; Yahaya, Nordin; Lim, Kar Sing; Lai, Jian; Noor, Norhazilan (2018): Tensile Properties of Epoxy Grout Incorporating Graphene Nanoplatelets for Pipeline Repair. MATEC Web of Conferences, 2018.
- Ferit Cakir, Habib Uysal, Volkan Acar (2016): Experimental modal analysis of masonry arches strengthened with graphene nanoplatelets reinforced prepreg composites. Measurement, Volume 90, 2016. 233-241.
- Jalal Alizadeh, Mostafa Keshavarz Moraveji (2018): An experimental evaluation on thermophysical properties of functionalized graphene nanoplatelets ionanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 98, 2018. 31-40.
- Ilias Κ. Tragazikis, Konstantinos G. Dassios, Panagiota T. Dalla, Dimitrios A. Exarchos (2019): Theodore E. Matikas (2019): Acoustic emission investigation of the effect of graphene on the fracture behavior of cement mortars. Engineering Fracture Mechanics, Volume 210, 2019. 444-451.
- Matta, S.; Rizzi, L.G.; Frache, A. (2021): PET Foams Surface Treated with Graphene Nanoplatelets: Evaluation of Thermal Resistance and Flame Retardancy. Polymers 2021, 13, 501.
Чињенице вреди знати
Graphene Sheets vs Graphene Nanoplatelets
Both, graphene sheets and graphene nanoplatelets are graphite-derived nanostructures. The table below highlights the most prominent differences between graphene sheets and graphene nanoplatelets.
Differentiation | grafenske listove | Graphene Nanoplatelets |
---|---|---|
Structure | Graphene sheets are typically single layers of graphene with a two-dimensional structure. They can be very large and continuous, extending over macroscopic areas. | Graphene nanoplatelets are smaller and thicker compared to individual graphene sheets. They consist of multiple layers of graphene stacked on top of each other, forming platelet-like structures. The number of layers in a nanoplatelet can vary, but it is typically in the range of a few to several dozen layers |
Thickness | These are single-layer graphene structures, so they are extremely thin, typically just one atom thick. | These are thicker than single-layer graphene sheets because they consist of multiple graphene layers stacked together. The thickness of graphene nanoplatelets depends on the number of layers they contain. |
Svojstva | Single-layer graphene sheets have exceptional properties, such as high electrical conductivity, thermal conductivity, and mechanical strength. They also exhibit unique electronic properties, like quantum confinement effects. | Graphene nanoplatelets retain some of the excellent properties of graphene, such as high electrical and thermal conductivity, but they may not be as exceptional as single-layer graphene in these aspects due to the presence of multiple layers. However, they still offer advantages over traditional carbon materials. |
апликације | Single-layer graphene sheets have a wide range of potential applications, including in electronics, nanocomposites, sensors, and more. They are often used for their exceptional electronic properties. | Graphene nanoplatelets are used in various applications, such as reinforcing materials in composites, lubricants, energy storage devices, and as additives to improve the properties of other materials. Their thicker structure makes them easier to disperse in certain matrices compared to single-layer graphene. |

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od Лаб до industrijske veličine.