Ultraljudsplogning av vatten-dispergerbar grafen

  • Mono-och bi-Layer Grafenet grafen kan produceras snabbt via ultraljud exfoliering med hög genom strömning och till låg kostnad.
  • Ultraljud exfolierad grafen kan funktionaliseras med biopolymerer för att få vatten-dispergerbara grafen.
  • Genom ultraljud kavitation, den syntetiserade grafen kan vidarebearbetas till en stabil vattenbaserad dispersion.

Ultraljud exfoliering av hög kvalitet graphene

Ultraljud är en pålitlig metod för att producera grafen lager (mono-, bi-och få lager grafen) från grafit flingor eller partiklar. Medan andra vanliga exfoliering tekniker såsom boll-och vals verk eller hög skjuvning blandare är kopplade till låg kvalitet och användning av aggressiva reagenser och lösnings medel, övertygar ultraljud exfoliering metoden genom sin höga kvalitet, hög process kapacitet och milda bearbetnings förhållanden.
Ultraljud kavitation skapar intensiva skjuvkrafter, som separerar de staplade grafitskikten i mono-, bi- och få-lager av defektfri grafen.

Vattendispergerbara grafenark via ultraljudsbehandling

Ultraljudsbehandling med hjälp av en ultraljudssond är en effektiv metod för att exfoliera monolayer grafen nanoark och att sprida dem enhetligt. Ultraljud funktionalisering gör det möjligt att producera vattendispergerbar grafen.Ultraljud är ett effektivt förfarande med repeterbara resultat för att reda ut kolnanorör i vatten eller organiska lösningsmedel. [/caption] Under normala förhållanden är grafen knappast dispergerbart i vatten och bildar aggregat och agglomerat när det dispergeras i vattenhaltigt medium. Eftersom vattensystem har betydande fördelar med att vara billiga, giftfria, miljövänliga, är vattenbaserade grafensystem mycket attraktiva för grafentillverkare och nedströmsindustrin.
För att få vatten-dispergerbara grafen nanosheets, ultraljud exfolierad grafen modifieras med polysackarider/biopolymerer såsom pullulan, Chitosan, alginat, gelatin eller gummi arabicum.

fördelar:

  • hög kvalitet grafen
  • Högt utbyte
  • vattenbaserad dispersion
  • hög koncentration
  • hög effektivitet
  • snabb process
  • låg kostnad
  • hög genom strömning
  • miljövänlig

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


7kw ultraljud spridning system för inline grafen produktion (Klicka för att förstora!)

Ultraljud reaktor med sond-typ ultrasonicators för industriell skala grafen exfoliering

Protokoll för direkt exfoliering av grafit med ultraljud

Icke-jonisk pullulan och anjonalginat (1,0 g) löstes separat i 20 ml destillerat vatten, medan katjonisk kitosan (0,4 g) löstes i 20 ml destillerat vatten med 1 vikt% ättiksyra. Grafitpulver dispergerades i de vattenhaltiga biopolymerlösningarna och behandlades med hjälp av en sond-typ ultrasonicator UP200S (maximal effekt 200 W, frekvens 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Tyskland) utrustad med en titan sonotrode (mikrospets S3, spetsdiameter 3 mm, maximal amplitud 210μm, akustisk effekttäthet eller ytintensitet 460 W cm-2) under följande förhållanden: 0,5 cykel och 50% amplitud, under en period av 10, 20, 30 respektive 60 minuter. Bästa resultat erhölls vid 30min ultraljudsbehandling. Ultraljudsbehandling applicerades vid effekten av 16,25 W i 30 minuter, med energiförbrukning (energiproduktion per volymenhet) på 731 Ws ml-1.
Därefter centrifugerades blandningar vid 1500 rpm i 60 minuter för att avlägsna oexfolierade grafitpartiklar och tvättades sedan 5 gånger och centrifugerades igen vid 5000 rpm i 20 minuter för att avlägsna överskott av biopolymerer. De resulterande mörkgrå lösningarna vakuumtorkades vid 40 ° C tills ingen massförlust. De resulterande polymer-grafenpulverna dispergerades i vatten (1 mg ml-1 för pullulan och kitosan; 0,18 mg ml-1 för alginat) för karakterisering. Grafenark erhållna genom pullulan-, alginat- och chitosanassisterad ultraljud indikerades som pull-G, alg-G respektive chit-G.
Av de tre systemen var pullulan och Chitosan mer effektiva i exfoliering av grafit än alginat. Denna metod gav exfolierad mono-, bi-, och få lager grafen ark med endast låga laterala (kanter) defekter. Adsorptionen av biopolymerer på grafen yta ger en långvarig stabilitet (mer än 6 månader) av vattendispersionen.
(jfr Unalan et al. 2015)

Ultraljud grafen exfoliering i vatten

En höghastighetssekvens (från a till f) av ramar som illustrerar sonomekanisk exfoliering av en grafitflinga i vatten med UP200S, en 200W ultrasonicator med 3 mm sonotrode. Pilar visar platsen för splittring (exfoliering) med kavitationsbubblor som tränger igenom delningen.
(studie och bilder: © Tyurnina et al. 2020

Ultraljud exfoliering av vatten-dispergerbara grafen grafen (unalan et al. 2015)

TEM-bilder av pull-G för: (a) 10 min; b) 20 min. c) 30 min. d) 60 min. e Chit-G i 30 minuter. (f) alg-G i 30 min. (Unalan et al. 2015)

Ultrasonicators för Graphene Exfoliation

Den industriella Ultrasonicator UIP6000hdT levererar 6000 watt högintensiv ultraljud via sond (sonotrode) för homogenisering, dispersion, emulgering och extraktion applikationer.Hielscher hög effekt ultraljud processorer används över hela världen för framgångsrik exfoliering och spridning av grafit och grafen. Våra ultraljudsdispersorer är tillgängliga från labb och bänkskiva upp till hela industriella produktionsenheter. Förutom robusthet, 24/7 drift och lågt underhåll, Hielscher ultrasonicators övertyga genom hög enkel bearbetning och linjär skalbarhet.
Processerna kan enkelt testas och optimeras i labbet. Efteråt kan alla process resultat skalas helt linjär till kommersiell produktions nivå. Detta gör ultraljudsbehandling en effektiv och effektiv produktions metod för den höga volymen av högkvalitativa grafen ark.
Hielscher Ultrasonics industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder, anpassade ultraljud sonotrodes finns tillgängliga. Matchande ultraljudsreaktorer säkerställer förmågan till tillförlitlig och säker massproduktion av högkvalitativa grafennanoark samt stabila nanoarkdispersioner.

Robustiteten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7-drift i tunga och krävande miljöer.
Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch VolymFlödeshastighetRekommenderade Devices
10 till 2000 ml20 till 400 ml / minUf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L0.2 till 4L / minUIP2000hdT
10 till 100 liter2 till 10 1 / minUIP4000
n.a.10 till 100 l / minUIP16000
n.a.störrekluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudsdispersorer för nanoarkexfoliering, grafenrelaterade applikationer, tekniska detaljer och priser. Vi kommer gärna att diskutera din grafenproduktionsprocess med dig och erbjuda dig en ultraljudsbehandling som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Intensiv ultraljud med hjälp av en ultraljudssond (sonotrode) är en mycket effektiv metod för att delaminera och exfoliera grafen nano-ark.

Mekanism för ultraljud exfoliering av 2D nanosheets.
(studie och grafik: Tyurnina et al., 2020)



Fakta Värt att veta

grafen

Grafenet täcker Grafen är en enskiktslager av SP2-bundna kol atomer. Graphene erbjuder unika material egenskaper såsom en extraordinär stor specifik yta (2620 m2G-1), överlägsna mekaniska egenskaper med en Young ' s modulus av 1 TPa och en inneboende styrka av 130 GPa, en extremt hög elektronisk konduktivitet (rums temperatur elektron rörlighet på 2,5 × 105 cm2 V-1S-1), mycket hög värmeledningsförmåga (över 3000 W m K-1) för att namnge de viktigaste egenskaperna. På grund av dess överlägsna material egenskaper används grafen i hög grad vid utveckling och produktion av högpresterande batterier, bränsle celler, sol celler, superkondensator, vätelagringar, elektro magnetiska sköldar och elektroniska apparater. Dessutom är grafen inkorporerad i många nanokompositer och komposit material som förstärknings additiv, t ex i polymerer, keramik och metallmatriser. På grund av dess höga konduktivitet är grafen en viktig komponent i ledande färger och tryck färger.
Den snabba och säkra ultraljud beredning av defekt-fri grafen vid stora volymer till låga kostnader möjliggör en breddning av Grafenet till fler och fler branscher.

Litteratur / Referenser


Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta labb ultrasonicator över bänkenheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud homogenisatorer från Labb till industriell storlek.


Vi diskuterar gärna din process.

Låt oss komma i kontakt.