Grafen nanoplatelets (BNP) kan syntetiseras och spridas med hög effektivitet och tillförlitlighet med hjälp av sonicators. Högintensiv ultraljud används för att exfoliera grafit och få få några lager grafen, ofta kallad grafen nanoplatelets. Ultraljudsbehandling utmärker sig också för att uppnå utmärkt grafen nanoplatelet fördelning i både låga och mycket viskösa suspensioner.

Bearbetning av grafennanotrombocyter – Överlägsna resultat med ultraljudsbehandling

För bearbetning av grafennanoplatelet är sond-typ sonicators mest effektiva, pålitliga och lättanvända verktyg. Eftersom ultraljud kan tillämpas för syntes, dispersion och funktionalisering av grafen nanoplatelets, sonicators används för många grafen-relaterade tillämpningar:

• Exfoliering och syntes Sond-typ sonicators används för att exfoliera grafit i få-lager grafen eller grafen nanoplatelets. Den högintensiva ultraljud stör mellanlagret krafter och bryter ner grafit i mindre, enskilda ark av grafen.
• Spridning: Att uppnå enhetlig spridning av grafennanotrombocyter i ett flytande medium är avgörande för alla grafenrelaterade tillämpningar. Sond-typ sonicators kan sprida nanotrombocyterna jämnt i vätskan, förhindra agglomeration och säkerställa en stabil suspension.
• Funktionalisering: Ultraljudsbehandling underlättar funktionaliseringen av grafen nanotrombocyter genom att främja fastsättning av funktionella grupper eller molekyler till sina ytor. Denna funktionalisering förbättrar deras kompatibilitet med specifika polymerer eller material.

Grafen Nanoplatelet Syntes via ultraljudsbehandling

Grafen nanotrombocyter kan syntetiseras genom ultraljud-assisterad grafit exfoliering. Därför är en grafitsuspension sonicated med hjälp av en sond-typ ultraljud homogenisator. Denna procedur har testats med mycket låga (t.ex. 4 viktprocent eller lägre) till höga fasta (t.ex. 10 viktprocent eller högre) koncentrationer.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Högupplösta transmissionselektronmikroskopbilder av grafennanoark erhållna
via ultraljudsassisterad vattenfasdispersion och Hummer-metoden.
(Studie och grafik: Ghanem och Rehim, 2018)

Vad är skillnaden mellan grafenark och nanoblodplättar?

Grafenark och grafennanotrombocyter är båda nanomaterial som består av grafen, vilket är ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett sexkantigt gitter. Ibland används grafenark och grafennanotrombocyter som utbytbara termer. Men vetenskapligt finns det några skillnader mellan dessa grafennanomaterial: Den primära skillnaden mellan grafenark och grafennanotrombocyter ligger i deras struktur och tjocklek. Grafenark består av ett enda lager kolatomer och är exceptionellt tunna, medan grafennanotrombocyter är tjockare och består av flera staplade grafenlager. Dessa strukturella skillnader kan påverka deras egenskaper och lämplighet för specifika applikationer. Användningen av sond-typ sonicators är en mycket effektiv och effektiv teknik för att syntetisera, sprida och funktionalisera grafen enskikt grafen ark samt några lager staplade grafen nanoplatelets.

Grafisk visualisering ultraljud syntes av grafen nanoplatelets med hjälp av sonicator UP100H
(Studie och grafik: Ghanem och Rehim, 2018)

Dispersion av grafen nanotrombocyter med ultraljudsbehandling

Den enhetliga spridningen av grafennanotrombocyter (BNP) är avgörande i olika tillämpningar eftersom det direkt påverkar egenskaperna och prestandan hos de resulterande materialen eller produkterna. Därför installeras sonicators för grafen nanoplatelet dispersioner i olika branscher. Följande branscher är framträdande exempel för användning av kraft-ultraljud:
 

• Nanokompositer: Grafennanotrombocyter kan införlivas i olika nanokompositmaterial, såsom polymerer, för att förbättra deras mekaniska, elektriska och termiska egenskaper. Sond-typ sonicators stöd i jämnt dispergera nanotrombocyter inom polymermatrisen, vilket resulterar i förbättrad materialprestanda.
• Elektroder och batterier: Grafennanotrombocyter används vid utveckling av högpresterande elektroder för batterier och superkondensatorer. Ultraljudsbehandling hjälper till att skapa väl spridda grafenbaserade elektrodmaterial med ökad yta, vilket förbättrar energilagringskapaciteten.
• Katalys: Ultraljudsbehandling kan användas för att förbereda katalytiska material baserade på grafen nanoplatelets. Den enhetliga spridningen av katalytiska nanopartiklar på grafenytan kan förbättra katalytisk aktivitet i olika reaktioner.
• Sensorer: Grafennanotrombocyter kan användas vid tillverkning av sensorer för olika tillämpningar, inklusive gasavkänning, biosensing och miljöövervakning. Ultraljudsbehandling säkerställer homogen fördelning av nanotrombocyter i sensormaterial, vilket leder till förbättrad känslighet och prestanda.
• Beläggningar och filmer: Sond-typ sonicators används för att förbereda grafen nanoplatelet-baserade beläggningar och filmer för applikationer inom elektronik, flyg, och skyddande beläggningar. Enhetlig dispersion och korrekt vidhäftning till substrat är avgörande för dessa applikationer.
• Biomedicinska tillämpningar: I biomedicinska tillämpningar kan grafennanotrombocyter användas för läkemedelsleverans, avbildning och vävnadsteknik. Ultraljudsbehandling hjälper till vid framställning av grafenbaserade nanopartiklar och kompositer som används i dessa applikationer.

SEM-bilder av grafennanotrombocyter vid (b) X3000 och (c) X8000
(Studie och bilder: ©Alizadeh et al., 2018)

Vetenskapligt bevisade resultat för ultraljud grafen nanotrombocytdispersioner

Forskare har använt Hielscher sonicators för syntes och spridning av grafen nanoplatelets i många studier och testat effekterna av ultraljud kraftigt. Nedan hittar du några exempel på framgångsrik blandning av grafennanotrombocyter i olika blandningar såsom vattenhaltiga uppslamningar, expoyhartser eller murbruk.
 
Ett vanligt förfarande för tillförlitlig, snabb och enhetlig spridning av grafennanotrombocyter är följande procedur:
För dispersion var grafennanotrombocyterna sonicated inom ren aceton med Hielscher ultraljud mixer UP400S i nästan en timme för att förhindra en agglomeration av grafenark. Aceton avlägsnades helt genom avdunstning. Därefter tillsattes grafennanotrombocyterna vid 1 vikt% av epoxisystemet och sonikerades i epoxihartset vid 90W i 15 minuter.
(jfr Cakir et al., 2016)
 
En annan studie undersöker förstärkningen av joniska vätskebaserade nanofluider (jonanofluider) genom tillsats av grafennanotrombocyter. För överlägsen dispersion homogeniserades blandningen av grafennanotrombocyter, jonvätska och natriumdodecylbensensulfonat med användning av Hielscher-sond-typ sonicator UP200S i cirka 90 min.
(jfr Alizadeh et al., 2018)

 
(2019) rapporterar effektiv införlivande av grafennanotrombocyter i murbruk. Därför framställdes vattenhaltiga grafensuspensioner genom tillsats av nanotrombocyter - vid vikter inskrivna av det önskvärda målinnehållet i de resulterande materialen - i blandningar av vanligt kranvatten och mjukgörare och efterföljande magnetisk omrörning i 2 minuter. Suspensionerna homogeniserades genom ultraljud i 90 min vid rumstemperatur, med hjälp av en Hielscher UP400S-enhet (Hielscher Ultrasonics GmbH) utrustad med en 22mm-sonotrode som levererar en genomströmning av 4500 J / min vid en frekvens av 24 kHz. Den specifika kombinationen av energi hastighet och ultraljudsbehandling varaktighet fastställdes som optimal efter en noggrann undersökning av effekten av ultraljud parametrar av suspension kvalitet.
(jfr Tragazikis et al., 2019)
 
(2018) säger i sin forskning att en korrekt dispersionsteknik som ultraljudsbehandling säkerställer att nanomaterial som grafen nanoplatetelets kan förbättra egenskaperna hos fyllnadsmaterial. Detta beror på det faktum att dispersion är en av de viktigaste faktorerna för produktion av högkvalitativa nanokompositer såsom epoximassa.

Högpresterande sonicators för grafen nanoplatelet bearbetning

Hielscher Ultrasonics är marknadsledande när det gäller högpresterande ultrasonicators för nanomaterial bearbetning. Hielscher sond-typ sonicators används över hela världen i laboratorier och industriella inställningar för olika tillämpningar, inklusive bearbetning av grafen nanoplatelets.
Toppmodern teknik, tyskt hantverk och teknik samt lång teknisk erfarenhet gör Hielscher Ultrasonics din föredragna partner för framgångsrik ultraljudsapplikation.

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultrasonicators är kända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integration av våra ultrasonicators i industrianläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultrasonicators med state-of-the-art teknik och användarvänlighet. Naturligtvis är Hielscher ultrasonicators CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: