Ултразвучни пилинг графена који се распршује у води

• Једнослојни и двослојни графенски нано листови могу се брзо произвести ултразвучним пилингом са великом пропусношћу и по ниској цени.
• Ултразвучно ексфолиран графен се може функционализовати биополимерима да би се добио графен који се диспергује у води.
• Ултразвучном кавитацијом, синтетисани графен се може даље обрадити у стабилну дисперзију на бази воде.

Ултразвучни пилинг висококвалитетног графена

Ултразвучна обрада је поуздана метода за производњу слојева графена (једнослојног, двослојног и вишеслојног графена) од графитних пахуљица или честица. Док су друге уобичајене технике пилинга, као што су млинови са куглицама и ваљцима или мешалице са високим смицањем, повезане са ниским квалитетом и употребом агресивних реагенса и растварача, метода ултразвучног пилинга убеђује својим високим квалитетом, високим капацитетом процеса и благим условима обраде.
Ултразвучна кавитација ствара интензивне силе смицања, које раздвајају наслагане слојеве графита у моно-, дво- и неколико слојева графена без дефеката.

Графенски листови који се могу дисперговати у води путем ултразвука

Ултразвучна обрада је ефикасан поступак са поновљивим резултатима за распетљавање угљеничних наноцеви у води или органским растварачима.[/цаптион]У нормалним условима, графен се тешко може дисперговати у води и формира агрегате и агломерате када се распрши у воденом медијуму. Пошто водени системи имају значајне предности у томе што су јефтини, нетоксични, еколошки прихватљиви, системи графена на бази воде су веома привлачни за произвођаче графена и индустрију низводно.
Да би се добили нано листови графена који се могу распршити у води, ултразвучно ексфолиран графен је модификован полисахаридима / биополимерима као што су пулулан, хитозан, алгинат, желатин или арапска гума.

Протокол директног пилинга графита коришћењем ултразвука

Нејонски пулулан и ањонски алгинат (1,0 г) одвојено су растворени у 20 мл дестиловане воде, док је катјонски хитозан (0,4 г) растворен у 20 мл дестиловане воде са 1 теж% сирћетне киселине. Графитни прах је диспергован у воденим растворима биополимера и третиран коришћењем ултразвучног апарата типа сонде УП200С (максималне снаге 200 В, фреквенција 24 кХз, Хиелсцхер Ултрасоницс, Немачка) опремљеног титанијумском сонотродом (микро врх С3, пречник врха 3 мм, максимална амплитуда 210µм, густина акустичке снаге или површински интензитет 460 В цм-2) под следећим условима: 0,5 циклуса и 50% амплитуде, у периоду од 10, 20, 30 и 60 минута, респективно. Најбољи резултати су добијени након 30 минута соникације. Соникација је примењена при снази од 16,25 В током 30 минута, уз потрошњу енергије (енергетски излаз по јединици запремине) од 731 Вс мл-1.
Након тога, смеше су центрифугиране на 1500 рпм током 60 минута да би се уклониле неексфолијиране честице графита, а затим су испране 5 пута и поново центрифугиране на 5000 рпм током 20 минута да би се уклонили вишак биополимера. Добијени тамно-сиви раствори су осушени у вакууму на 40ºЦ све док не дође до губитка масе. Добијени полимер-графенски прахови су поново распршени у води (1 мг мл-1 за пулулан и хитозан; 0,18 мг мл-1 за алгинат) за карактеризацију. Графенски листови добијени ултразвуком уз помоћ пулулана, алгината и хитозана означени су као пулл-Г, алг-Г и цхит-Г, респективно.
Од три система, пулулан и хитозан су били ефикаснији у пилингу графита од алгината. Ова метода је дала љуштене моно-, дво- и вишеслојне листове графена са само ниским бочним (ивицама) дефектима. Адсорпција биополимера на површини графена даје дуготрајну стабилност (више од 6 месеци) водене дисперзије.
(уп. Уналан ет ал. 2015)

Брза секвенца (од а до ф) рамова која илуструје сономеханичко пилинг графитне пахуљице у води користећи УП200С, ултрасоникатор од 200 В са сонотродом од 3 мм. Стрелице показују место цепања (пилинга) са мехурицима кавитације који продиру у расцеп.
(студија и слике: © Тиурнина ет ал. 2020

Ултрасоникатори за графенски пилинг

Хиелсцхер ултразвучни процесори велике снаге се користе широм света за успешно пилинг и дисперзију графита и графена. Наши ултразвучни дисперзатори су доступни од лабораторијских и стоних до комплетних индустријских производних јединица. Поред робусности, рада 24/7 и ниског одржавања, Хиелсцхер ултрасоникатори убедјују великом лакоћом обраде и линеарном скалабилношћу.
Процеси се могу лако тестирати и оптимизовати у лабораторији. Након тога, сви резултати процеса се могу потпуно линеарно скалирати на ниво комерцијалне производње. Ово чини соникацију ефикасном и ефикасном методом производње за велику количину висококвалитетних листова графена.
Хиелсцхер Ултрасоницс индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома високе амплитуде. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде. Одговарајући ултразвучни реактори обезбеђују могућност поуздане и безбедне масовне производње висококвалитетних нанолистова графена, као и стабилних дисперзија нанолимова.

Робусност Хиелсцхерове ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: