графен оксид – Ултразвучни пилинг и дисперзија
Ултразвучни пилинг је широко коришћена техника за производњу графенског оксида разлагањем графитног оксида у танке, једнослојне или неколико слојева графена. Хиелсцхер соникатори стварају интензивну акустичну кавитацију, где ултразвучни таласи густи енергије стварају високоенергетске микромехуриће у течном медијуму. Ови мехурићи који се урушавају стварају силе смицања које раздвајају слојеве графитног оксида, ефикасно их љуштећи у нанолистове графенског оксида. Искористите предности ултразвука високих перформанси да своју апликацију засновану на графенском оксиду доведете на виши ниво!
Ултразвучни пилинг графен оксида
Графен оксид је растворљив у води, амфифилан, нетоксичан, биоразградив и може се лако распршити у стабилне колоиде. Ултразвучна ексфолијација и дисперзија је веома ефикасна, брза и исплатива метода за синтезу, дисперзију и функционализацију графенског оксида у индустријском обиму. У даљем процесу обраде, ултразвучни дисперзатори производе композите графен оксид-полимер високих перформанси.
Предности ултразвучног пилинга
Ултразвучни пилинг нуди неколико предности, укључујући једноставност, скалабилност и еколошку прихватљивост, јер обично не захтева јаке хемикалије или сложену обраду. Поред тога, омогућава прецизну контролу над величином и дебљином нано листова графен оксида, што је кључно за подешавање њихових својстава у различитим применама.
Индустријски соникатор УИП16000хдТ за ексфолијацију графен оксида са великом пропусношћу
Протокол: Ултразвучни пилинг графен оксида
Да би се контролисала величина нано листова графен оксида (ГО), метода пилинга игра кључни фактор. Због својих прецизно контролисаних параметара процеса, ултразвучни пилинг је најраспрострањенија техника деламинације за производњу висококвалитетног графена и графен оксида.
За ултразвучни пилинг графен оксида из графитног оксида доступни су различити протоколи. Пронађите примерни протокол за ултразвучни пилинг графен оксида у наставку:
Прашак графитног оксида се меша у воденом КОХ са пХ вредношћу 10. За ексфолијацију и накнадну дисперзију користи се ултразвучни апарат типа сонде УП200Ст (200В). Након тога, К+ јони се везују за базалну раван графена да изазову процес старења. Старење се постиже ротационим испаравањем (2 х). Да би се уклонио вишак К+ јона, прах се пере и центрифугира различито време.
Добијена смеша се центрифугира и суши замрзавањем, тако да се таложи дисперзибилни прах графенског оксида.
Припрема проводљиве пасте графен оксида: Графен оксид у праху се може дисперговати у диметилформамиду (ДМФ) под соникацијом да би се произвела проводљива паста. (Хан ет ал.2014)
Механизам ултразвучног пилинга графен оксида
(Слика: Поттс ет ал. 2011)
Ултразвучна функционализација графен оксида
Соникација се успешно користи за уградњу графен оксида (ГО) у полимере и композите.
Примери:
- композит микросфера графен оксид-ТиО2
- композит полистирен-магнетит-графен оксид (структурирано језгро-љуска)
- композити са редукованим полистиреном графен оксида
- композит полистирен/графенски оксид (ПАНИ-ПС/ГО) пресвучен полианилинским нановлакнима
- полистирен интеркалирани графен оксид
- п-фенилендиамин-4винилбензен-полистирен модификовани графен оксид
Ултрасоникатор УП400Ст за припрему дисперзија графенских нанотромбоцита
Примене графен оксида произведеног ултразвучним пилингом
Графен оксид произведен ултразвучним пилингом има широку примену у различитим областима. У електроници се користи у флексибилним проводним филмовима и сензорима; у складиштењу енергије, побољшава перформансе батерија и суперкондензатора. Антибактеријска својства графен оксида чине га вредним у биомедицинским применама, док су његова велика површина и функционалне групе предност у катализи и санацији животне средине. Све у свему, ултразвучни пилинг олакшава ефикасну производњу висококвалитетног графенског оксида за употребу у најсавременијим технологијама.
Соникатори за обраду графена и графенског оксида
Хиелсцхер Ултрасоницс нуди ултразвучне системе велике снаге за пилинг, дисперговање и обраду графена и графен оксида. Поуздани ултразвучни процесори и софистицирани реактори пружају прецизну контролу, омогућавајући подешавање ултразвучних процеса до жељених циљева.
Један од кључних параметара је ултразвучна амплитуда, која одређује вибрационо ширење и контракцију ултразвучне сонде. Хиелсцхер индустријски ултрасоникатори испоручују високе амплитуде, до 200µм, континуирано раде 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонде. Сви процесори се могу прецизно прилагодити условима процеса и надгледати преко уграђеног софтвера, обезбеђујући поузданост, доследан квалитет и поновљиве резултате.
Хиелсцхер соникатори су робусни и могу да раде континуирано у тешким окружењима, чинећи соникацију пожељном производном технологијом за припрему графена, графен оксида и графитног материјала великих размера.
Широк асортиман ултразвучних апарата и додатака, укључујући сонотроде и реакторе различитих величина и геометрија, омогућава избор оптималних реакционих услова и фактора, као што су реагенси, улаз ултразвучне енергије, притисак, температура и брзина протока, како би се постигао највиши квалитет . Хиелсцхер-ови ултразвучни реактори могу чак да подигну притисак до неколико стотина бара, омогућавајући ултразвучну обраду високо вискозних паста са вискозитетима већим од 250.000 центипоаза.
Због ових фактора ултразвучно деламинација и пилинг надмашују конвенционалне технике.
- велике снаге
- велике силе смицања
- применљиви високи притисци
- прецизна контрола
- беспрекорна скалабилност (линеарна)
- шаржни и континуирани
- поновљиви резултати
- поузданост
- робусност
- висока енергетска ефикасност
Ултразвучни систем за пилинг графен оксида
Да бисте сазнали више о ултразвучној синтези, дисперзији и функционализацији графена, кликните овде:
- Производња графена
- Грапхене Наноплателетс
- Пилинг графена на бази воде
- у води дисперзибилни графен
- графен оксид
- кенес
Чињенице које вреди знати
Ултразвук и кавитација: Како се графит ексфолира у графен оксид коришћењем ултразвука?
Ултразвучни пилинг графитног оксида (ГрО) заснива се на великој сили смицања изазваној акустичном кавитацијом. Акустична кавитација настаје услед наизменичних циклуса високог притиска/ниског притиска, који настају спајањем моћних ултразвучних таласа у течности. Током циклуса ниског притиска настају веома мале шупљине или вакуумски мехурићи, који расту током наизменичних циклуса ниског притиска. Када вакуумски мехурићи достигну величину у којој не могу да апсорбују више енергије, они се насилно колабирају током циклуса високог притиска. Имплозија мехурића резултира кавитационим смичним силама и таласима напрезања, екстремном температуром до 6000К, екстремним брзинама хлађења изнад 1010К/с, веома високи притисци до 2000 атм, екстремне разлике притиска као и течни млазници до 1000 км/х (∼280 м/с).
Те интензивне силе утичу на графитне наслаге, који су раслојани у једнослојни или вишеслојни графен оксид и нетакнуте графенске нанолистове.
Шта је графен оксид?
Графен оксид (ГО) се синтетише пилингом графитног оксида (ГрО). Док је графитни оксид 3Д материјал који се састоји од милиона слојева слојева графена са интеркалираним кисеоником, графен оксид је једнослојни или вишеслојни графен који је оксигенисан са обе стране.
Графен оксид и графен се разликују један од другог по следећим карактеристикама: графен оксид је поларни, док је графен неполаран. Графен оксид је хидрофилан, док је графен хидрофобан.
То значи да је графен оксид растворљив у води, амфифилан, нетоксичан, биоразградив и формира стабилне колоидне суспензије. Површина графен оксида садржи епокси, хидроксилне и карбоксилне групе, које су доступне за интеракцију са катјонима и ањонима. Због своје јединствене органско-неорганске хибридне структуре и изузетних својстава, ГО-полимер композити нуде велики потенцијал за различите индустријске примене. (Толасз ет ал. 2014)
Шта је редуковани графен оксид?
Редуковани графен оксид (рГО) се производи ултразвучном, хемијском или термичком редукцијом графенског оксида. Током корака редукције, већина кисеоникових функционалности графенског оксида се уклања тако да резултирајући редуковани графен оксид (рГО) има веома сличне карактеристике као нетакнути графен. Међутим, редуковани графен оксид (рГО) није без дефеката и нетакнут као чисти графен.
Литература/Референце
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.