Eksfolijacija grafena na bazi vode
Ultrazvučna eksfolijacija omogućava proizvodnju maloslojnog grafena bez upotrebe surovih rastvarača koristeći samo čistu vodu. Visokoenergetska sonication delaminates graphene sheets within a short treatment. Izbegavanje rastvaraиa pretvara grafensko eksfolijaciju u zelenom, odrћivoљжenom procesu.
Graphene Production via Liquid Phase Exfoliation
Grafen se komercijalno proizvodi putem takozvane eksfolijacije tečne faze. Tečna faza eksfolijacije grafena zahteva upotrebu toksičnih, ekološki štetnih i skupih rastvaraиa, koji se koriste kao hemijski pred-tretman ili u kombinaciji sa tehnikom mehaniиke disperziocije. Za mehaničko raspršivanje grafenskih listova uspostavljena je ultrazvučnost kao visoko pouzdana, efikasna i bezbedna tehnika proizvodnje visokokvalitetnih grafenskih listova u velikim količinama na potpuno industrijskom nivou. S obzirom na to da je upotreba surovih rastvaraca uvek praćena troškovima, kontaminacijom, složenim uklanjanjem i odlaganjem, bezbednosnim brigama, kao i ekološkim opterećenjem, alternativa koja nije toksična i bezbednija je značajno povoljna. Graphene exfoliation using water as solvent and power ultrasound for mechanical delamination of few layer graphene sheets is therefore a highly promising technique for a green graphene manufacturing.
Uobičajeni rastvarači, koji se često koriste kao tečna faza za rasterivanje grafenih nanosheta, uključujući Dimetil sulfoksid (DMSO), N,N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirolidon (NMP), Tetrametilurea (TMU), Tetrahidrofuran (THF), propilen karbonateaceton (PC), etanol i formamid.
Kao već dugoročno utvrđena tehnika eksfolijacije grafena na komercijalnoj skali, ultrazvučnost omogućava proizvodnju visokokvalitetnog grafena visoke čistoće uz nisku cenu. Kako ultrazvučna eksfolijacija grafena može biti potpuno linearna na bilo koju zapreminu, proizvodni prinos visokokvalitetnih grafenskih pahuljica može se lako implementisati za masovnu proizvodnju grafena.
Тхе УИП2000хдТ je 2kW moćan ultrazvučni raspršivač za eksfolijaciju grafena i raspršivanje.
Ultrazvučna eksfolijacija grafena u vodi
Tyurnina et al. (2020) je istraživala efekte pojačavanja i intenziteta sonikacije na čista rešenja za grafit vode i rezultujuću eksfolijaciju grafena. U radnoj sobi su koristili Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Ultrazvučna eksfolijacija pomoću vode primenjena je kao jedan korak procesa za malo slojevitih grafenska delaminacija. Kratak tretman od 2h bio je dovoljan za proizvodnju maloslojnog grafena u otvorenoj postavci za sonikaciju beakera.
Brza sekvenca (od a do f) ramova koji ilustruju sono-mehaničku eksfolijaciju grafitne pahuljice u vodi pomoću UP200s, ultrazvučnog ultrazvuka od 24 kHz sa 3-mm sonotrodom. Strelice prikazuju mesto razdvajanja (eksfolijacije) sa mehurićima kavitacije koji prodiru u razdeljak.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
Optimizacija ultrazvučne graphene exfoliation
Ultrazvučno podešavanje koje koristi Tjurnina et al. (2020) može se lako optimizovati za veću efikasnost i bržu eksfolijaciju korišćenjem zatvorenog ultrazvučnog reaktora u režimu protoka. Ultrazvučni umetnuti tretman omogućava znatno ujednačeniji ultrazvučniji tretman svih grafitnih sirovina: hranjenje grafita / vodenog rastvora direktno u zatvoreni prostor ultrazvučne kavitacije, svi grafiti postaju ravnomerno sonicirani što rezultira visokim prinosom visokokvalitetnih grafenih pahuljica.
Hielscher Ultrasonics sistemi omogućavaju preciznu kontrolu svih važnih parametara obrade kao što su amplitude, vreme / zadržavanje, unos energije (Ws/mL), pritisak i temperatura. Postavljanje optimalnih ultrazvučnih parametara rezultira najvišim prinosom, kvalitetom i ukupnom efikasnošću.
Kako ultrazvučnost promoviše Graphene Exfoliation
Kada su ultrazvučni talasi visoke snage udružuju se u mulj grafitnog praha i vode ili bilo kog rastvarača, sonomehaničke sile kao što su visoke, intenzivne turbulencije i visok pritisak i temperaturni razbojnici stvaraju energetski intenzivne uslove. Ovi energetski intenzivni uslovi rezultat su fenomena akustične kavitacije. Više o ultrazvučnim kavitacijama pročitajte OVDE!
Ultrazvuk snage inicira širenje grafitnog praha, pošto se tečnost pritiska između slojeva grafena, od kojih se sastoji grafit. Ultrazvučni čaršavi teraju delaminate pojedinačne listove grafena i raspršuju ih kao grafenske pahuljice u rastvoru. Da bi se dobila dugoročna stabilnost grafena u vodi, potreban je surfaktant.
Mehnizam ultrazvučne tečne faze eksfolijacije grafena.
Study and picture by Tyurnina et al., 2021.
Ultrazvučnici visokih performansi za Graphene Exfoliation
Pametne karakteristike Hielscher ultrazvučnih uređaja dizajnirane su da garantuju pouzdan rad, reproduktivne ishode i user-friendliness. Operativnim postavkama se može lako pristupiti i birati poziv putem intuitivnog menija, kojem se može pristupiti putem digitalnog prikaza boja osetljivog na dodir i daljinskog upravljača pregledača. Zbog toga se svi uslovi obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplitude, vreme, pritisak i temperatura automatski beleže na ugrađenoj SD kartici. Ovo vam omogućava da korigujete i uporedite prethodne sonication runs i da optimizujete proces eksfolijacije grafena na najveću efikasnost.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom sveta za proizvodnju visokokvalitetnih grafenskih listova i grafenih oksida. Hielscher industrijski ultrazvučnici lako mogu da pokreću visoke amplitude u kontinuiranom radu (24.7.2065). Amplitude do 200μm se mogu lako kontinuirano generisati standardnim sonotrodima (ultrazvučne sonde / rogovi i kasatoviTm). Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi. Zbog svoje robusnosti i slabog održavanja, naši ultrazvučni sistemi za eksfolijaciju se obično postavljaju za teške dežurne aplikacije i u zahtevnim okruženjima.
Hielscher ultrazvučni procesori za eksfolijaciju grafena već su instalirani širom sveta u komercijalnim razmerama. Kontaktirajte nas odmah da razgovaramo o vašem procesu proizvodnje grafena! Naše dobro iskusno osoblje će rado podeliti više informacija o procesu eksfolijacije, ultrazvučnim sistemima i cenama!
Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:
| батцх tom | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200мЛ / мин | УП100Х |
| 10 до 2000мЛ | 20 до 400мЛ / мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л / мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100Л | 2 до 10Л / мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100Л / мин | УИП16000 |
| Н.А. | веће | кластер УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.
Literatura/reference
- Anastasia V. Tyurnina, Jakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrazvučna eksfolijacija grafena u vodi: Ključna studija parametara. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Dostupno pod Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. Kompletne uslove pogledajte OVDE.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecvoćard P. (2014): Ultrazvučna egzfolijacija neorganskih analni i grafina. Nanoscale istraživačke oznake 9 (1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Tralajoni S., Piergiovannija L., Farris. (2015): Polysaccharide-brza ekstrudacija grafitnih ploča na visokokvalitetni grafički limovi. RSC napreduje 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): primena ultrazvuka na sintezu Nanostrukturiranih materijala. Napredni materijali 22/2010. PP. 1039-1059.
- Stengl, V.; Popelková, D.; Vlásavet, P. (2011): TiO2-Grafen Nanokompozit kao Photocatalysts visoke performanse. In: časopis fizičke hemije C 115/2011. PP. 25209-25218.
Чињенице вреди знати
грапхене
Grafen je monoliš SP-a2-neugljenih ugljenika. Grafen nudi jedinstvene osobine materijala, kao što je izuzetno veliko područje površine (2620 m2konta GK-1), superiorna mehanička svojstva sa mladim pokretnim modulom od 1 TPa i unutrašnje snage 130 GPa, izuzetno visoke elektronske provodljivosti (masna temperatura u prostoriji od 2,5 × 105 cm2 V-1S-1), veoma visoke toplotne provodljivosti (iznad 3000 W m K-1), da imenuje najvažnija svojstva. Zbog svoje superiorne osobine, grafen se u velikoj meri koristi u razvoju i proizvodnji visokokvalitetnih akumulatora, ćelija za gorivo, solarnih ćelija, superintezitor, hidrogen storija, elektromagnetnih štitova i elektronskih uređaja. Pored toga, grafen je uključen u mnoge nanokompozite i kompozitne materijale kao ojačan, npr. u polimerima, keramiku i metalmatrice. Zahvaljujući visokoj provodljivosti, grafene je važna komponenta provodnih boja i mastila.
Na brz i bezbedan ultrasoničan preparat bez mane-besplatni grafički dodaci na velikim volumenima po niskim troškovima, omogućava se širenje aplikacija grafola u sve više industrijskih grana.
Grafen je jedan-atom-debeli sloj ugljenika, koji se može opisati kao jednoslojni ili 2D struktura grafena (Single Layer grafen = SLG). Grafen ima izuzetno veliku specifičnu površinsku oblast i vrhunsku mehaničku imovinu (mladi u modulusu od 1 TPa i unutrašnja snaga 130 GPa), nudi veliku elektronsku i termičku provodljivost, pokretnu mobilnost, transparentnost i otporna na gasove. Zahvaljujući ovim materijalnim karakteristikama, grafen se koristi kao ojačan kako bi dao kompoziti svoje snage, provodljivost, itd. U cilju kombinovanja karakteristika grafena sa drugim materijalima, grafen se mora obuzimati u kompleksu ili se primenjuje kao tanka-filmsko plastifikacija na substriti.
Ultrazvuk visokih performansi! Hielscher-jev proizvodni asortiman pokriva pun spektar od kompaktnog laboratorijskog ultrazvuka preko klupa-vrhunskih jedinica do full-industrijskih ultrazvučnih sistema.