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.

Grafika vizualizacije ultrazvučne sinteze grafena nanoplateleta pomoću soniatora UP100H
(Studija i grafika: Ganem i Rehim, 2018)

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.

SEM images of graphene nanoplatelets at (b) X3000 and (c) X8000
(Studija i slike: ©Alizadeh et al., 2018)

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.

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.

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: