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.
UIP2000hdT je 2kW moćan ultrazvučni raspršivač za grafensko eksfolijaciju i disperziju.
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 studiji 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 koristeći UP200s, ultrazvučni 24 kHz sa 3-mm sonotrodom. Strelice prikazuju mesto razdvajanja (eksfolijacije) sa mehurićima kavitacije koji prodiru u razdeljak.
© Tyurnina et al., 2020
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!
Da biste saznali više o ultrazvučnom sintezi grafena, disperziji i funkcionalizaciji, kliknite ovde:
- Proizvodnja grafena
- Graphene Nanoplatelets
- Eksfolijacija grafena na bazi vode
- grafen koji se raspršuje vodom
- Грапхене Окиде
- Ksenes
| 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, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin (2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon Vol. 168, 2020. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
Чињенице вреди знати
Šta je Grafen?
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.
Brza i bezbedna ultrazvučna priprema grafena bez neispravnosti u velikim količinama po niskim troškovima omogućava širenje primene grafena na sve više industrija.
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.