Ултразвучна дисперзија графена
Да би се графен уградио у композите, неопходно је дисперговати или ексфолијирати графен у појединачне нано-лимове равномерно у целој формулацији. Што је графен темељније деагломериран, то боље могу да се искористе његова изванредна својства материјала. Ултразвучна дисперзија нуди супериорну дистрибуцију честица и стабилност дисперзије, чак и при високим концентрацијама и вискозитетима. Ова метода обезбеђује изванредан квалитет дисперзије, далеко надмашујући конвенционалне технике мешања.
Ултразвучна дисперзија графена
Да би се композити прожели изванредним карактеристикама графена, као што је његова чврстоћа, графен мора бити равномерно диспергован у матрицу или нанети као танкослојни премаз на подлогу. Кључни фактори који утичу на резултујућа својства материјала укључују агломерацију, седиментацију и дисперзију унутар матрице или дистрибуцију честица на супстрату.
Због хидрофобне природе графена, стварање стабилне и високо концентрисане дисперзије без сурфактаната или дисперзаната је изазов. Превазилажење ван дер Валсових сила захтева јаке силе смицања, које се могу ефикасно генерисати ултразвучном кавитацијом. Ова метода је најсофистициранија за припрему стабилних дисперзија.
Индустријски соникатори за високопропусну дисперзију графена.
[/оне_тхирд_ласт]
Више информација и техничких детаља о соникаторима типа Хиелсцхер индустријске сонде за ексфолијацију и дисперзију графена можете пронаћи овде:
- УИП1000хдТ (1000 вати снаге ултразвука)
- УИП2000хдТ (ултразвук снаге 2000 вати)
- УИП4000хдТ (ултразвук снаге 4000 вати)
- УИП6000хдТ (ултразвук снаге 6000 вати)
- УИП16000хдТ (16.000 вати снаге ултразвука)
Сви Хиелсцхер соникатори омогућавају прецизну контролу над свим важним параметрима процеса, технологија ултразвучне дисперзије избегава оштећења хемијских и кристалних структура графена – што резултира нетакнутим графенским пахуљицама без дефеката.
Хиелсцхер моћни ултрасоникатори су способни да обрађују графен и графит у великим количинама, на пример за пилинг течне фазе и дисперзију графена. Тачна контрола параметара процеса омогућава неометано повећање ултразвучних процеса од сточне до потпуне комерцијалне производње.
Ултразвучно ексфолиран вишеслојни графен са прибл. 3-4 слоја и цца. величине 1 μм може се (поновно) дисперговати у концентрацијама од најмање 63 мг/мЛ.
СЕМ слике графенских наноплочица на (б) Кс3000 и (ц) Кс8000
(Студија и слике: ©Ализадех ет ал., 2018)
- висококвалитетни графен
- висока пропусност / високи приноси
- равномерна дисперзија
- висока концентрација
- високе вискозности
- брз процес
- ниске цене
- Високо ефикасан
- еколошки
7кВ ултразвучни реактор за дисперзије графена
Ултразвучни хомогенизатори и дисперзери за графен
Хиелсцхер Ултрасоницс обезбеђује ултразвучне системе велике снаге за пилинг и распршивање распрострањеног графена и графита у моно-, дво- и неколико слојева графена. Њихови поуздани ултразвучни процесори и напредни реактори дају неопходну снагу и прецизну контролу за постизање специфичних циљева процеса.
Један од најважнијих параметара процеса је ултразвучна амплитуда, која представља померање вибрације на ултразвучној сирени. Хиелсцхер индустријски ултрасоникатори су дизајнирани да испоруче веома велике амплитуде, са континуираним радом до 200µм. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонде. Параметри процеса свих Хиелсцхер соникатора могу се прецизно прилагодити захтеваним процесним условима и пратити преко уграђеног софтвера, обезбеђујући високу поузданост, доследан квалитет и поновљиве резултате. Робустан дизајн Хиелсцхер соникатора је направљен за рад 24 сата дневно у захтевним окружењима, чинећи соникацију преферираном технологијом за масовну производњу једнослојних и вишеслојних графенских нано листова.
Хиелсцхер нуди широк спектар ултразвучних апарата и додатака, укључујући сонотроде и реакторе различитих величина и геометрија. Ово омогућава избор оптималних реакционих услова и фактора, као што су реагенси, ултразвучни унос енергије по запремини, притисак, температура и брзина протока, како би се постигао највиши квалитет. Њихови ултразвучни реактори могу бити под притиском до неколико стотина бара, што чини ултразвучну обраду високо вискозних паста (до 250.000 центипоаза) изводљивом.
Ове могућности чине ултразвучно деламинацију, пилинг и дисперговање супериорнијим у односу на конвенционалне технике млевења и млевења.
Хиелсцхер соникатори су најсофистициранији ултразвучни хомогенизатори на тржишту. Искористите бројне погодности које долазе са Хиелсцхер соникаторима!
Графичка визуелизација ултразвучне синтезе графенских наноплочица помоћу соникатора УП100Х
(Студија и графика: Ганем и Рехим, 2018)
Хиелсцхер Соницатори за графен:
- ултразвук велике снаге
- велике силе смицања
- применљиви високи притисци
- прецизна контрола
- беспрекорна скалабилност (линеарна)
- шаржни и проточни
- поновљиви резултати
- поузданост
- робусност
- висока енергетска ефикасност
Чињенице које вреди знати
Шта је Графен?
Графен је слој угљеника дебљине једног атома, који се може описати као једнослојна или 2Д структура графена (једнослојни графен = СЛГ). Графен има изузетно велику специфичну површину и супериорна механичка својства (Јангов модул од 1 ТПа и унутрашња чврстоћа од 130 ГПа), нуди одличну електронску и топлотну проводљивост, покретљивост носиоца набоја, транспарентност и непропусност је за гасове. Због ових карактеристика материјала, графен се користи као адитив за ојачавање да би композитима дао снагу, проводљивост, итд. Да би се комбиновале карактеристике графена са другим материјалима, графен се мора дисперговати у једињење или се наноси као танкослојни премаз. на подлогу.
Уобичајени растварачи, који се често користе као течна фаза за дисперговање графенских нанолистова, укључују диметил сулфоксид (ДМСО), Н,Н-диметилформамид (ДМФ), Н-метил-2-пиролидон (НМП), тетраметилуреу (ТМУ, тетрахидрофуран (ТХФ) , пропилен карбонат ацетон (ПЦ), етанол и формамид.
Може ли се графен дисперговати у води?
Да, графен се може дисперговати у води коришћењем сурфактаната, полимера или других стабилизујућих агенаса како би се спречило агрегирање и одржала стабилност дисперзије. Поуздана опрема за дисперговање, као што су соникатори типа сонде, такође игра кључну улогу у дисперзији графена користећи ултразвучну енергију за разбијање агломерата и смањење величине честица графена, промовишући уједначенију и стабилнију дисперзију у течном медијуму.
Може ли се графен оксид растворити у води?
Да, графен оксид се може растворити у води због својих функционалних група које садрже кисеоник, које побољшавају његову хидрофилност и омогућавају му да формира стабилне водене дисперзије.
Који је најбољи растварач за распршивање графена?
Најбољи растварач за дисперговање графена је Н-метил-2-пиролидон (НМП) због његовог високог поларитета и способности да стабилизује графенске листове, што резултира уједначеном и стабилном дисперзијом.
Зашто је графен нерастворљив у води?
Графен је нерастворљив у води јер му недостају функционалне групе које могу да комуницирају са молекулима воде, што га чини хидрофобним и склоним агрегацији због јаких ван дер Валсових сила између листова графена.
Зашто се графен користи у композитима?
Графен је дебљине једног атома најтањи, тежине цца. 0,77 мг по 1м2 најлакши, и са затезном крутошћу од 150.000.000 пси (100-300 пута јачи од челика) и затезном чврстоћом од 130.000.000.000 Паскала најјачи познати материјал.
Штавише, графен је најбољи топлотни проводник (на собној температури са (4,84±0,44) × 103 до (5,30±0,48) × 103 В·м-11·К-1) и најбољи електрични проводник (покретљивост електрона већа од 15.000 цм2·В-1·с-1).
Још једна важна карактеристика графена је његово оптичко својство са апсорпцијом светлости на πα≈2,3% беле светлости и провидан изглед.
Уграђивањем графена у матрице, те изванредне карактеристике материјала могу се пренети на резултујући композит, који нуди јединствене функционалности. Такви композити ојачани графеном нуде нове могућности за развој материјала и индустријске примене. Због својих карактеристика, графен и графен-композити су већ широко распрострањени у производњи батерија високих перформанси, суперкондензатора, проводљивих мастила, премаза, фотонапонских система и електронских уређаја.
Хиелсцхер соникатори испоручују потребне велике силе смицања да би се превазишле ван дер Валсове силе како би се нанолистови графена равномерно распоредили у композитне матрице. Ултразвучни дисперзатори као што су УИП2000хдТ или УИП16000 се користе за производњу нанокомпозита ојачаних графеном и графен оксидом.
Литература/Референце
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лаб до индустријска величина.