Наноплочице графена синтетизоване и дисперговане помоћу сонде сонде

Графенске наноплочице (ГНП) се могу синтетизовати и дисперговати са високом ефикасношћу и поузданошћу помоћу соникатора. Ултразвук високог интензитета се користи за пилинг графита и добијање графена у неколико слојева, који се често назива графенским наноплочицама. Соникација се такође истиче у постизању одличне дистрибуције наноплочица графена у ниским и високо вискозним суспензијама.

Обрада наноплателета графена – Врхунски резултати са соникацијом

За обраду нанотромбоцита графена, соникатори типа сонде су најефикаснији, најпоузданији алат који је једноставан за коришћење. Пошто се ултразвучна обрада може применити за синтезу, дисперзију и функционализацију графенских наноплочица, соникатори се користе за бројне примене у вези са графеном:

• Пилинг и синтеза Соникатори типа сонде се користе за ексфолијацију графита у неколико слојева графена или графенских наноплочица. Ултразвучна обрада високог интензитета ремети међуслојне силе и разграђује графит на мање, појединачне листове графена.
• дисперзија: Постизање уједначене дисперзије графенских наноплочица у течном медијуму је кључно за све примене у вези са графеном. Соникатори типа сонде могу равномерно дисперговати нанотромбоците по течности, спречавајући агломерацију и обезбеђујући стабилну суспензију.
• Функционализација: Соникација олакшава функционализацију графенских наноплочица промовишући везивање функционалних група или молекула на њихове површине. Ова функционализација побољшава њихову компатибилност са специфичним полимерима или материјалима.

Синтеза нанотромбоцита графена путем ултразвука

Графенске наноплочице се могу синтетизовати ултразвучним пилингом графита. Због тога се графитна суспензија обрађује ултразвуком помоћу ултразвучног хомогенизатора типа сонде. Овај поступак је тестиран са веома ниским (нпр. 4% или ниже) до високим концентрацијама чврсте материје (нпр. 10% или више).
 
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.

Добијене су слике трансмисионог електронског микроскопа високе резолуције нанолистова графена
преко ултразвучне дисперзије водене фазе и Хамер методе.
(Студија и графика: Ганем и Рехим, 2018)

Која је разлика између графенских плоча и наноплателета?

Графенски листови и графенске наноплочице су наноматеријали састављени од графена, који је један слој атома угљеника распоређених у хексагоналну решетку. Понекад се графенски листови и графенске наноплочице користе као заменљиви термини. Али научно, постоји неколико разлика између ових графенских наноматеријала: примарна разлика између листова графена и графенских наноплочица лежи у њиховој структури и дебљини. Графенски листови се састоје од једног слоја атома угљеника и изузетно су танки, док су наноплочице графена дебље и састављене од више наслаганих слојева графена. Ове структурне разлике могу утицати на њихова својства и погодност за специфичне примене. Употреба соникатора типа сонде је веома ефикасна и ефикасна техника за синтезу, дисперзију и функционализацију једнослојних графенских листова графена, као и вишеслојних наслаганих графенских наноплочица.

Графичка визуелизација ултразвучне синтезе графенских наноплочица помоћу соникатора УП100Х
(Студија и графика: Ганем и Рехим, 2018)

Дисперзија наноплателета графена коришћењем ултразвука

Уједначена дисперзија графенских наноплочица (ГНП) је кључна у различитим применама јер директно утиче на својства и перформансе добијених материјала или производа. Због тога су соникатори уграђени за дисперзије графенских нанотромбоцита у различитим индустријама. Следеће индустрије су истакнути примери за коришћење ултразвука:
 

• Нано-композити: Графенске наноплочице се могу уградити у различите нанокомпозитне материјале, као што су полимери, како би се побољшала њихова механичка, електрична и термичка својства. Соникатори типа сонде помажу у равномерној дисперзији наноплочица унутар полимерне матрице, што резултира побољшаним перформансама материјала.
• Електроде и батерије: Графенске наноплочице се користе у развоју електрода високих перформанси за батерије и суперкондензаторе. Соникација помаже у стварању добро диспергованих материјала електрода на бази графена са повећаном површином, што побољшава могућности складиштења енергије.
• Катализа: Соникација се може користити за припрему каталитичких материјала на бази графенских наноплочица. Уједначена дисперзија каталитичких наночестица на површини графена може побољшати каталитичку активност у различитим реакцијама.
• Сензори: Графенске наноплочице се могу користити у производњи сензора за различите примене, укључујући детекцију гаса, биосенсинг и праћење животне средине. Соникација обезбеђује хомогену дистрибуцију нанотромбоцита у сензорским материјалима, што доводи до побољшане осетљивости и перформанси.
• Премази и филмови: Соникатори типа сонде се користе за припрему превлака и филмова на бази графена наноплателета за примену у електроници, ваздухопловству и заштитним премазима. Уједначена дисперзија и правилно приањање на подлоге су од кључне важности за ове примене.
• Биомедицинске апликације: У биомедицинским апликацијама, графенске наноплочице се могу користити за испоруку лекова, снимање и инжењеринг ткива. Соникација помаже у припреми наночестица и композита на бази графена који се користе у овим апликацијама.

СЕМ слике графенских наноплочица на (б) Кс3000 и (ц) Кс8000
(Студија и слике: ©Ализадех ет ал., 2018)

Научно доказани резултати за ултразвучне дисперзије нанотромбоцита графена

Научници су користили Хиелсцхер соникаторе за синтезу и дисперзију графенских наноплочица у бројним студијама и снажно тестирали ефекте ултразвучне обраде. У наставку можете пронаћи неколико примера за успешно мешање графенских наноплочица у различите смеше као што су водене суспензије, експои смоле или малтер.
 
Уобичајена процедура за поуздану, брзу и једноличну дисперзију графенских наноплочица је следећа процедура:
За дисперзију, графенске наноплочице су соникиране у чистом ацетону коришћењем Хиелсцхер ултразвучног миксера УП400С скоро један сат како би се спречила агломерација листова графена. Ацетон је потпуно уклоњен испаравањем. Затим су графенске наноплочице додане у 1 тежински % епоксидног система и соникиране у епоксидној смоли на 90 В током 15 минута.
(уп. Чакир ет ал., 2016)
 
Друга студија истражује појачавање нанофлуида на бази јонске течности (јонанофлуида) додавањем графенских наноплочица. За супериорну дисперзију, мешавина графенских наноплочица, јонске течности и натријум додецил бензен сулфоната је хомогенизована коришћењем соникатора типа Хиелсцхер сонде УП200С током око 90 минута.
(уп. Ализадех ет ал., 2018)

 
Трагазикис и др. (2019) извештавају о ефикасном уграђивању графенских наноплочица у малтер. Због тога су водене суспензије графена произведене додавањем наноплочица - у тежинама које су уписане пожељним циљним садржајем у резултујућим материјалима - у мешавине обичне воде из славине и пластификатора и накнадним магнетним мешањем током 2 мин. Суспензије су хомогенизоване ултразвучном обрадом у трајању од 90 минута на собној температури, коришћењем уређаја Хиелсцхер УП400С (Хиелсцхер Ултрасоницс ГмбХ) опремљеног сонотродом од 22 мм која даје пропусну моћ од 4500 Ј/мин на фреквенцији од 24 кХз. Специфична комбинација брзине енергије и трајања ултразвучне обраде установљена је као оптимална након детаљног испитивања утицаја параметара ултразвучне обраде на квалитет суспензије.
(уп. Трагазикис ет ал., 2019)
 
Заинал ет ал. (2018) наводе у свом истраживању да одговарајућа техника дисперзије, као што је соникација, осигурава да наноматеријали као што су наноплочице графена могу побољшати својства материјала за пуњење. То је због чињенице да је дисперзија један од најважнијих фактора за производњу висококвалитетних нанокомпозита као што је епоксидна маса.

Соникатори високих перформанси за обраду наноплателета графена

Хиелсцхер Ултрасоницс је лидер на тржишту када су у питању ултрасоникатори високих перформанси за обраду наноматеријала. Соникатори типа Хиелсцхер сонде се користе широм света у лабораторијама и индустријским окружењима за различите примене, укључујући обраду графенских наноплочица.
Најсавременија технологија, немачко умеће и инжењеринг, као и дугогодишње техничко искуство чине Хиелсцхер Ултрасоницс вашим омиљеним партнером за успешну ултразвучну примену.

Дизајн, производња и консалтинг – Квалитет Маде ин Германи

Хиелсцхер ултрасоникатори су познати по свом највишем квалитету и стандардима дизајна. Робусност и једноставан рад омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних апарата у индустријске објекте. Хиелсцхер ултрасоникатори се лако носе са тешким условима и захтевним окружењима.

Хиелсцхер Ултрасоницс је ИСО сертификована компанија и ставља посебан нагласак на ултрасоникаторе високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставношћу за коришћење. Наравно, Хиелсцхер ултрасоникатори су усаглашени са ЦЕ и испуњавају захтеве УЛ, ЦСА и РоХ.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: