Grafenoxid – Ultraljudsplättning och dispersion
Grafenoxid är vattenlöslig, amfifila, giftfri, biologiskt nedbrytbar och kan lätt dispergeras i stabila kolloider. Ultraljud exfoliering och spridning är en mycket effektiv, snabb och kostnadseffektiv metod för att syntetisera, skingra och funktionalisera Grafenoxid på industriell skala. I nedströms bearbetning producerar ultraljud dispersorer högpresterande Grafenoxid-polymer kompositer.
Ultraljud exfoliering av graphene oxid
För att kontrol lera storleken av grafen oxid (GO) nanosheets, den exfoliering metoden spelar en viktig faktor. På grund av dess exakt kontrollerbara process parametrar, ultraljud exfoliering är den mest använda delaminering teknik för produktion av hög kvalitet grafen och grafen oxid.
För ultraljud exfoliering av grafen oxid från grafit oxid olika protokoll finns tillgängliga. Hitta en exemplarisk beskrivning nedan:
Grafit oxid pulver blandas i vatten-KOH med pH-värdet 10. För exfoliering och påföljande dispersion ska ultrasonicator UP200St (200W) används. Efteråt fästs K + joner på det basala grafenplanet för att framkalla en åldrande process. Åldrandet uppnås under roterande avdunstning (2 h). För att avlägsna alltför stora K + joner tvättas pulvret och centrifugeras olika gånger.
Den erhållna blandningen centrifugeras och frystorkas, så att en dispergerbar grafen oxid pulver fälls.
Beredning av en ledande GO pasta: den grafen oxid pulver kan spridas i dimetylformamid (DMF) under ultraljudsbehandling för att producera en ledande pasta. (Han et al. 2014)
Grafenoxid – Exfoliering (pic.: Potts et al. 2011)
Ultraljud Dispersing av graphene oxid
Ultraljud functionalization av graphene oxid
Ultraljudsbehandling används framgångs rikt för att införliva grafen oxid (GO) i polymerer och kompositer.
Exempel:
- grafen oxid-TiO2 mikrosfär komposit
- polystyren-magnetit-graphene oxid Komposit (kärna-Shell strukturerad)
- polystyren reducerade grafen oxid kompositer
- polyaniline nanofiberbelagd polystyren/graphene oxid (PANI-PS/GO) kärna skal komposit
- polystyren-interkalerad grafen oxid
- p-fenylendiamin-4vinylbenzen-polystyren modifierad grafen oxid
Ultraljud system för grafen oxid exfoliering
Ultraljud system för graphene och grafen oxid
Hielscher Ultrasonics erbjuder hög effekt ultraljud system för exfoliering, spridning och nedströms bearbetning av grafen och grafen oxid. Pålitliga ultraljud processorer och sofistikerade reaktorer leverera den erforderliga kraften, process förhållanden så wel som exakt kontroll, så att ultraljud processen resultat kan trimmas exakt till önskad process mål.
En av de viktigaste process parametrarna är ultraljud amplituden, vilket är vibrations expansion och kontraktion vid ultraljud sonden. Hielschers industriella ultraljudssystem är byggda för att leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder, erbjuder Hielscher skräddarsydda ultraljud sonder. Alla våra ultraljud processorer kan exakt anpassas till de nödvändiga process förhållanden och lätt övervakas via den inbyggda program varan. Detta garanterar högsta tillförlitlighet, jämn kvalitet och reproducerbara resultat. Robustheten av Hielschers ultraljud utrustning möjliggör 24/7 drift vid tunga och i krävande miljöer. Detta gör ultraljudsbehandling den föredragna produktions teknik för storskalig beredning av grafen, grafen oxid och grafitiska material.
Erbjuder ett brett sortiment av ultrasonicators och tillbehör (såsom sonotrodes och reaktorer med olika storlekar och geometrier), den lämpligaste reaktions förhållanden och faktorer (t. ex. reagenser, ultraljud energi ingång per volym, tryck, temperatur, flödes hastighet etc.) kan väljas för att få högsta kvalitet. Eftersom våra ultraljud reaktorer kan trycksatta upp till flera hundra barg, ultraljudsbehandling av mycket trög flytande pastor med till 250 000 centipoise är inget problem för Hielschers ultraljud system.
På grund av dessa faktorer, ultraljud delaminering/exfoliering och spridning utmärker konventionella blandning och fräsning tekniker.
- hög effekt
- höga skjuvkrafter
- höga tryck som gäller
- noggrann kontroll
- sömlös skalbarhet (linjär)
- satsvis och kontinuerlig
- Reproducerbara resultat
- Tillförlitlighet
- Robusthet
- hög energi effektivitet
Litteratur / Referenser
- Gouvea ra., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Gonvader M.R.F. (2011): Syntes av nanometrisk grafen oxid och dess effekter när de tillsätts i MgAl2den4 Keramiska. 10. SPBMat Brasilien.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultraljud assisterad syntes av reducerad Grafenoxid i glukoslösning. Viktiga konstruktionsmaterial Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultraljud exfoliering av oorganiska analoger av grafen. Nanoskala forsknings brev 9 (1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Beredning av grafen med hjälp av en intensiv kavitation Field i en trycksatt ultraljud reaktor. Kemi – en europeisk tidning 18 (44), 2012. på 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): Beredning av komposit material av grafen oxid – polystyren. 3: e internationella konferensen om miljö, kemi och biologi IPCBEE Vol. 78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski CH. W., Ruoff R. S (2011): Grafenet-baserade polymer nanokompositer. Polymer Vol. 52, nr 1, 2011. 5 – 25.
Fakta Värt att veta
Ultraljud och kavitation: hur grafit är exfolierad till graphene oxid under ultraljudsbehandling
Ultraljud exfoliering av grafit oxid (GrO) är baserad på den höga skjuvning kraft induceras av akustisk kavitation. Akustisk kavitation uppstår på grund av den alternerande högtrycks/lågtrycks cykler, som genereras av kopplingen av kraftfulla ultraljud vågor i en vätska. Under lowen pressa cyklar occure mycket lilla håligheter eller dammsuga bubblar, som växer över det omväxlande low pressar cyklar. När vakuum bubblorna uppnår en storlek där de inte kan absorbera mer energi, kollapsar de våldsamt under en högtrycks cykel. Bubblan implosion resulterar i cavitational skjuvning styrkor och spännings vågor, extrem temperatur på upp till 6000K, extrem kyla priser över 1010K/s, mycket kicken pressar av upp till 2000atm, ytterlighet pressar differentialer, såväl som flytande sprutar ut med upp 1000km/h (∼ 280m/s).
Dessa intensiva krafter påverkar grafit stackar, som är delaminerade i en-eller några-lager grafen oxid och orörda grafen nanosheets.
Grafenoxid
Grafen oxid (gå) syntetiseras av exfolierande grafit oxid (GrO). Medan grafit oxid är en 3D-material som består i miljon tals lager av grafen lager med interkalerade oxygens, grafen oxid är en mono-eller få lager grafen som syras på båda sidor.
Grafen oxid och grafen skiljer sig från varandra i följande egenskaper: grafen oxid är Polar, medan grafen är nonpolar. Grafen oxid är hydrofila, medan grafen är Hydro fobisk.
Detta innebär att grafen oxid är vattenlöslig, amphiphilic, giftfri, biologiskt nedbrytbar och bildar stabila kolloidal SUS pensioner. Ytan av grafen oxid innehåller epoxi, hydroxyl, och karboxylgrupper, som är tillgängliga för att interagera med katjoner och anjoner. Tack vare sin unika organiska-oorganiska Hybrid struktur och exceptionella egenskaper, GO-polymer kompositer erbjuder hög potential för många industriella tillämpningar. (Tolasz et al. 2014)
Reducerad Grapheneoxid
Reducerad Grafenoxid (rGO) framställs genom ultraljud, kemisk eller termisk reduktion av grafen oxid. Under Reduktions steget avlägsnas de flesta syre funktionerna i grafen oxid så att den resulterande reducerade grafen oxid (rGO) har mycket likartade egenskaper för att orörda grafen. Emellertid, reducerad grafen oxid (rGO) är inte defekt-fri och orörda som ren grafen.