Пилинг графена на бази воде
Ултразвучни пилинг омогућава производњу графена у неколико слојева без употребе оштрих растварача користећи само чисту воду. Соникација велике снаге раздваја графенске плоче у кратком третману. Избегавање растварача претвара пилинг графена у зелени, одрживи процес.
Производња графена путем пилинга течне фазе
Графен се комерцијално производи такозваним пилингом течне фазе. Ексфолијација графена у течној фази захтева употребу токсичних, штетних по животну средину и скупих растварача, који се користе као хемијски предтретман или у комбинацији са/са техником механичке дисперзије. За механичку дисперзију листова графена, ултразвук је успостављен као високо поуздана, ефикасна и сигурна техника за производњу висококвалитетних листова графена у великим количинама на потпуно индустријском нивоу. Пошто је употреба јаких растварача увек праћена трошковима, контаминацијом, сложеним уклањањем и одлагањем, забринутошћу за безбедност као и оптерећењем животне средине, нетоксична и безбеднија алтернатива је значајна предност. Ексфолијација графена коришћењем воде као растварача и ултразвука за механичко одвајање неколико слојева графенских листова је стога веома обећавајућа техника за производњу зеленог графена.
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.
Као већ дуготрајно успостављена техника за пилинг графена у комерцијалним размерама, ултразвук омогућава производњу висококвалитетног графена високе чистоће по ниској цени. Како се ултразвучни пилинг графена може потпуно линеарно скалирати на било коју запремину, производни принос висококвалитетних графенских пахуљица може се лако применити за масовну производњу графена.
УИП2000хдТ је моћни ултразвучни дисперзер од 2кВ за пилинг и дисперзију графена.
Ултразвучни пилинг графена у води
Тјурнина и др. (2020) истраживали су ефекте амплитуде и интензитета соникације на растворе чисте воде и графита и резултујуће ексфолијације графена. У студији су користили Хиелсцхер УП200С (200В, 24кХз). Ултразвучни пилинг употребом воде примењен је као процес у једном кораку за раслојавање графена у неколико слојева. Кратак третман од 2 сата био је довољан да се произведе вишеслојни графен у отвореној чаши за соникацију.
Брза секвенца (од а до ф) рамова која илуструје сономеханичко пилинг графитне пахуљице у води користећи УП200с, ултразвучни апарат од 24 кХз са сонотродом од 3 мм. Стрелице показују место цепања (пилинга) са мехурицима кавитације који продиру у расцеп.
© Тиурнина ет ал., 2020
Оптимизација ултразвучног графенског пилинга
Ултразвучна поставка коју користе Тиурнина ет ал. (2020) може се лако оптимизовати за већу ефикасност и брже пилинг коришћењем затвореног ултразвучног реактора у режиму протока. Ултразвучни инлине третман омогућава знатно уједначенији ултразвучни третман свих графитних сировина: уношењем раствора графита/воде директно у ограничен простор ултразвучне кавитације, сав графит постаје равномерно соникиран, што резултира високим приносом висококвалитетних љускица графена.
Хиелсцхер Ултрасоницс системи омогућавају прецизну контролу над свим важним параметрима обраде као што су амплитуда, време / задржавање, унос енергије (Вс/мЛ), притисак и температура. Постављање оптималних ултразвучних параметара резултира највећим приносом, квалитетом и укупном ефикасношћу.
Како ултразвук промовише пилинг графена
Када се ултразвучни таласи велике снаге споје у мешавину графитног праха и воде или било ког растварача, сономеханичке силе као што су велики смицање, интензивне турбуленције и разлике у притиску и температури стварају енергетски интензивне услове. Ови енергетски интензивни услови су резултат феномена акустичне кавитације.
Прочитајте више о ултразвучној кавитацији овде!
Снажни ултразвук иницира ширење графитног праха, пошто се између слојева графена, од којих се графит састоји, стисну течности. Ултразвучне силе смицања раздвајају појединачне листове графена и распршују их као графенске пахуљице у раствору. Да би се постигла дугорочна стабилност графена у води, потребан је сурфактант.
Механизам ултразвучног пилинга течне фазе ексфолијације графена.
Студија и слика Тјурнине и др., 2021.
Ултрасоникатори високих перформанси за пилинг графена
Паметне карактеристике Хиелсцхер ултрасоникатора су дизајниране да гарантују поуздан рад, поновљиве резултате и једноставност за коришћење. Оперативним подешавањима се може лако приступити и бирати их преко интуитивног менија, коме се може приступити преко дигиталног екрана осетљивог на додир у боји и даљинског управљача претраживача. Због тога се сви услови обраде као што су нето енергија, укупна енергија, амплитуда, време, притисак и температура аутоматски снимају на уграђену СД картицу. Ово вам омогућава да ревидирате и упоредите претходне серије соникације и да оптимизујете процес пилинга графена до највеће ефикасности.
Хиелсцхер Ултрасоницс системи се користе широм света за производњу висококвалитетних листова графена и графен оксида. Хиелсцхер индустријски ултрасоникатори могу лако покренути високе амплитуде у континуираном раду (24/7/365). Амплитуде до 200 µм могу се лако континуирано генерисати помоћу стандардних сонотрода (ултразвучне сонде/трубе и каскатродеТМ). За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде. Због своје робусности и ниског одржавања, наши ултразвучни системи за пилинг се обично инсталирају за тешке примене и у захтевним окружењима.
Хиелсцхер ултразвучни процесори за пилинг графена су већ инсталирани широм света у комерцијалним размерама. Контактирајте нас сада да разговарамо о процесу производње графена! Наше искусно особље ће радо поделити више информација о процесу пилинга, ултразвучним системима и ценама!
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
| Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | УП100Х |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000хдТ |
| на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
| на | већи | кластер оф УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси за апликације за мешање, дисперзију, емулзификацију и екстракцију у лабораторијским, пилотским и индустријским размерама.
Литература / Референце
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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 које вреди знати
Шта је Графен?
Графен је монослој сп2-везани атоми угљеника. Графен нуди јединствене карактеристике материјала као што је изузетно велика специфична површина (2620 м2г-1), супериорне механичке особине са Јанговим модулом од 1 ТПа и унутрашњом чврстоћом од 130 ГПа, изузетно високом електронском проводношћу (покретљивост електрона на собној температури од 2,5 × 105 цм2 В-1с-1), веома висока топлотна проводљивост (изнад 3000 В м К-1), да именујемо најважнија својства. Због својих супериорних својстава материјала, графен се у великој мери користи у развоју и производњи батерија високих перформанси, горивних ћелија, соларних ћелија, суперкондензатора, складишта водоника, електромагнетних штитова и електронских уређаја. Штавише, графен је уграђен у многе нанокомпозите и композитне материјале као адитив за ојачавање, нпр. у полимере, керамику и металне матрице. Због своје високе проводљивости, графен је важна компонента проводних боја и мастила.
Брза и безбедна ултразвучна припрема графена без дефеката у великим количинама уз ниске трошкове омогућава проширење примене графена на све више индустрија.
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.
Ultrazvuk visokih performansi! Hielscherov asortiman proizvoda pokriva čitav spektar od kompaktnog laboratorijskog ultrazvučnog uređaja preko jedinica na klupi do potpuno industrijskih ultrazvučnih sistema.