กราฟีนนาโนเกล็ดเล็ตสังเคราะห์และกระจายตัวผ่าน Probe-Sonication

กราฟีนนาโนเกล็ดเลือดเล็ต (GNPs) สามารถสังเคราะห์และกระจายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูงโดยใช้เครื่องสะท้อนเสียง อัลตราโซนิกความเข้มสูงถูกนํามาใช้เพื่อขัดผิวกราไฟท์และรับกราฟีนไม่กี่ชั้นซึ่งมักเรียกว่านาโนเกล็ดเลือดกราฟีน Sonication ยังเป็นเลิศในการบรรลุการกระจายของนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนที่ดีเยี่ยมทั้งในสารแขวนลอยที่มีความหนืดต่ําและสูง

การประมวลผลกราฟีนนาโน platelet – ผลลัพธ์ที่เหนือกว่าด้วย Sonication

สําหรับการประมวลผลนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนเครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพเชื่อถือได้และใช้งานง่ายที่สุด เนื่องจากอัลตราโซนิกสามารถใช้สําหรับการสังเคราะห์การกระจายตัวและการทํางานของนาโนเกล็ดเตล็ดกราฟีนจึงใช้เครื่องโซนิกสําหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับกราฟีนจํานวนมาก:

• การขัดผิวและการสังเคราะห์ เครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบใช้ในการผลัดเซลล์ผิวกราไฟท์เป็นกราฟีนหรือนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนไม่กี่ชั้น อัลตราโซนิกความเข้มสูงจะขัดขวางแรงระหว่างชั้นและสลายกราไฟท์ออกเป็นแผ่นกราฟีนที่เล็กกว่าแต่ละแผ่น
• การกระจาย: การบรรลุการกระจายตัวที่สม่ําเสมอของนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนในตัวกลางที่เป็นของเหลวเป็นสิ่งสําคัญสําหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับกราฟีนทั้งหมด เครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบสามารถกระจายนาโนเกล็ดเลือดได้อย่างสม่ําเสมอทั่วทั้งของเหลวป้องกันการจับตัวเป็นก้อนและทําให้มั่นใจได้ถึงระบบแขวนลอยที่มั่นคง
• การทํางาน: Sonication อํานวยความสะดวกในการทํางานของนาโนเกล็ดเตล็ดกราฟีนโดยการส่งเสริมการยึดติดของกลุ่มฟังก์ชันหรือโมเลกุลกับพื้นผิว การทํางานนี้ช่วยเพิ่มความเข้ากันได้กับโพลีเมอร์หรือวัสดุเฉพาะ

การสังเคราะห์กราฟีนนาโนเกล็ดเลือดผ่านการ Sonication

กราฟีนนาโนเกล็ดเลือดสามารถสังเคราะห์ได้โดยการขัดผิวกราไฟท์ด้วยอัลตราโซนิก ดังนั้นสารแขวนลอยกราไฟท์จึงถูก sonicated โดยใช้โฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกชนิดโพรบ ขั้นตอนนี้ได้รับการทดสอบด้วยความเข้มข้นของแข็งต่ํามาก (เช่น 4wt% หรือต่ํากว่า) ถึงของแข็งสูง (เช่น 10wt% หรือสูงกว่า)
 
Ghanem และ Rehim (2018) รายงานการลอกชั้นกราไฟต์ด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในน้ำโดยใช้โซเดียมโดเดซิลเบนซีนซัลโฟเนต (SDS) เพื่อเตรียมแผ่นนาโนกราฟีนที่กระจายตัวได้ โดยใช้เครื่องโซนิเคเตอร์แบบโพรบ UP 100H ซึ่งสามารถเตรียมกราฟีนที่มีชั้นบางหลายชั้น (>5) ที่ปราศจากตำหนิได้สำเร็จสารตั้งต้นต่อไปนี้ถูกใช้: แผ่นนาโนกราฟีนที่ถูกทำให้ลดลงถูกเตรียมโดยวิธีของฮัมเมอร์และผ่านการบำบัดเพิ่มเติมอีกสองขั้นตอน คือ การออกซิเดชันของกราไฟต์ตามด้วยการลดกราฟีนออกไซด์ ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถได้แผ่นนาโนกราฟีนที่กระจายตัวในน้ำโดยใช้วิธีการกระจายตัวในตัวทำละลาย (ดูแผนภาพด้านล่าง) ชั้นของกราไฟต์ถูกแยกออกด้วยการโซนิคเคชันโดยใช้โซนิเคเตอร์แบบโพรบ UP100H (100 วัตต์)นำ SDS 0.25 กรัม ละลายในน้ำปราศจากไอออน 150 มิลลิลิตร จากนั้นเติมแกรไฟต์ 0.5 กรัมลงไป ทำการโซนิคแกรไฟต์ในน้ำยาเป็นเวลา 12 ชั่วโมงในน้ำแข็ง แล้วนำสารละลายแขวนลอยไปปั่นเหวี่ยงที่ 686× g เป็นเวลา 30 นาที เพื่อกำจัดอนุภาคขนาดใหญ่ตะกอนถูกทิ้งและส่วนใสถูกนำไปปั่นเหวี่ยงซ้ำเป็นเวลา 90 นาที ที่ความเร็ว 12,600 เท่าของแรงโน้มถ่วง (g) แผ่นนาโนกราฟีนที่ได้ถูกชะล้างหลายครั้งเพื่อให้สารลดแรงตึงผิวหลุดออกไปทั้งหมด สุดท้าย ผลิตภัณฑ์ถูกทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 60ºC ภายใต้สุญญากาศ

ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูงของแผ่นนาโนกราฟีนที่ได้รับ
ผ่านการกระจายเฟสในน้ําด้วยอัลตราโซนิกและวิธี Hummer
(การศึกษาและกราฟิก: Ghanem และ Rehim, 2018)

อะไรคือความแตกต่างระหว่างแผ่นกราฟีนและนาโนเกล็ดเลือด?

แผ่นกราฟีนและนาโนเกราฟีนเป็นวัสดุนาโนที่ประกอบด้วยกราฟีนซึ่งเป็นอะตอมของคาร์บอนชั้นเดียวที่จัดเรียงเป็นตาข่ายหกเหลี่ยม บางครั้งแผ่นกราฟีนและนาโนเกล็ดเติลกราฟีนถูกใช้เป็นคําศัพท์ที่เปลี่ยนได้ แต่ในทางวิทยาศาสตร์มีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างวัสดุนาโนกราฟีนเหล่านี้: ความแตกต่างหลักระหว่างแผ่นกราฟีนและนาโนเกล็ดเมตรกราฟีนอยู่ที่โครงสร้างและความหนา แผ่นกราฟีนประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนชั้นเดียวและบางเป็นพิเศษในขณะที่นาโนเกล็ดเมตรกราฟีนมีความหนากว่าและประกอบด้วยชั้นกราฟีนหลายชั้น ความแตกต่างของโครงสร้างเหล่านี้อาจส่งผลต่อคุณสมบัติและความเหมาะสมสําหรับการใช้งานเฉพาะ การใช้เครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสูงและมีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์กระจายและทํางานแผ่นกราฟีนชั้นเดียวรวมถึงนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนแบบซ้อนกันไม่กี่ชั้น

กราฟิกแสดงภาพการสังเคราะห์อัลตราโซนิกของนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนโดยใช้เครื่องโซนิโคม UP100H
(การศึกษาและกราฟิก: Ghanem และ Rehim, 2018)

การกระจายตัวของกราฟีนนาโน platelets โดยใช้ Sonication

การกระจายตัวอย่างสม่ําเสมอของกราฟีนนาโนเพลตเล็ต (GNP) มีความสําคัญในการใช้งานต่างๆ เนื่องจากส่งผลกระทบโดยตรงต่อคุณสมบัติและประสิทธิภาพของวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ที่ได้ ดังนั้นจึงมีการติดตั้งเครื่องโซนิโคนิกสําหรับการกระจายตัวของนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนในอุตสาหกรรมต่างๆ อุตสาหกรรมต่อไปนี้เป็นตัวอย่างที่โดดเด่นสําหรับการใช้อัลตราซาวนด์เพาเวอร์:
 

• นาโนคอมโพสิต: กราฟีนนาโนเกล็ดเพลตสามารถรวมเข้ากับวัสดุนาโนคอมโพสิตต่างๆ เช่น โพลีเมอร์ เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกล ไฟฟ้า และความร้อน เครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบช่วยในการกระจายนาโนเกล็ดเลือดภายในเมทริกซ์โพลีเมอร์อย่างสม่ําเสมอส่งผลให้ประสิทธิภาพของวัสดุดีขึ้น
• อิเล็กโทรดและแบตเตอรี่: นาโนเกล็ดเตล็ดกราฟีนใช้ในการพัฒนาอิเล็กโทรดประสิทธิภาพสูงสําหรับแบตเตอรี่และซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ Sonication ช่วยสร้างวัสดุอิเล็กโทรดที่ใช้กราฟีนที่กระจายตัวได้ดีพร้อมพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการจัดเก็บพลังงาน
• ตัวเร่งปฏิกิริยา: สามารถใช้ Sonication เพื่อเตรียมวัสดุเร่งปฏิกิริยาโดยใช้นาโนเกล็ดกราฟีน การกระจายตัวที่สม่ําเสมอของอนุภาคนาโนตัวเร่งปฏิกิริยาบนพื้นผิวกราฟีนสามารถเพิ่มกิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาต่างๆ
• เซน เซอร์: นาโนเกล็ดเลือดกราฟีนสามารถใช้ในการผลิตเซ็นเซอร์สําหรับการใช้งานต่างๆ รวมถึงการตรวจจับก๊าซ การตรวจจับทางชีวภาพ และการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม Sonication ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกระจายของนาโนเกล็ดเลือดในวัสดุเซ็นเซอร์ซึ่งนําไปสู่ความไวและประสิทธิภาพที่ดีขึ้น
• สารเคลือบและฟิล์ม: เครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรบใช้ในการเตรียมสารเคลือบและฟิล์มที่ใช้นาโนเกล็ดเลือดกราฟีนสําหรับการใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบินและอวกาศและสารเคลือบป้องกัน การกระจายตัวที่สม่ําเสมอและการยึดเกาะที่เหมาะสมกับพื้นผิวเป็นสิ่งสําคัญสําหรับการใช้งานเหล่านี้
• การประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์: ในการใช้งานทางชีวการแพทย์ กราฟีนนาโนเพลตเลตสามารถใช้สําหรับการส่งยา การถ่ายภาพ และวิศวกรรมเนื้อเยื่อ Sonication ช่วยในการเตรียมอนุภาคนาโนและคอมโพสิตที่ใช้กราฟีนที่ใช้ในการใช้งานเหล่านี้

ภาพ SEM ของกราฟีนนาโนเกล็ดเต็ตที่ (b) X3000 และ (c) X8000
(การศึกษาและภาพ: ©Alizadeh et al., 2018)

ผลลัพธ์ที่พิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์สําหรับการกระจายตัวของกราฟีนนาโน platelet อัลตราโซนิก

นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เครื่องโซนิก Hielscher สําหรับการสังเคราะห์และการกระจายตัวของนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนในการศึกษาจํานวนมากและทดสอบผลของอัลตราโซนิกอย่างจริงจัง ด้านล่างนี้ คุณจะพบตัวอย่างบางส่วนสําหรับการผสมนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนที่ประสบความสําเร็จในส่วนผสมต่างๆ เช่น สารละลายในน้ํา เรซินเอ็กซ์โป หรือปูน
 
ขั้นตอนทั่วไปสําหรับการกระจายตัวของนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนที่เชื่อถือได้และสม่ําเสมออย่างรวดเร็วคือขั้นตอนต่อไปนี้:
สําหรับการกระจายตัวนาโนเกล็ดเลือดกราฟีนถูกโซนิกภายในอะซิโตนบริสุทธิ์โดยใช้เครื่องผสมอัลตราโซนิก Hielscher UP400S เป็นเวลาเกือบหนึ่งชั่วโมงเพื่อป้องกันการรวมตัวกันของแผ่นกราฟีน อะซิโตนถูกลบออกอย่างสมบูรณ์โดยการระเหย จากนั้นใส่นาโนเกล็ดเลือดกราฟีนที่ 1 wt % ของระบบอีพ็อกซี่และถูกโซนิกในอีพอกซีเรซินที่ 90W เป็นเวลา 15 นาที
(อ้างอิง Cakir et al., 2016)
 
การศึกษาอื่นตรวจสอบการเสริมแรงของนาโนฟลูอิดที่มีของเหลวไอออนิก (ionanofluids) โดยการเพิ่มนาโนเกล็ดเลือดกราฟีน เพื่อการกระจายตัวที่เหนือกว่าส่วนผสมของนาโนเพลตเลตกราฟีนของเหลวไอออนิกและโซเดียมโดเดซิลเบนซินซัลโฟเนตถูกทําให้เป็นเนื้อเดียวกันโดยใช้เครื่องโซนิคเตอร์ชนิดโพรบ Hielscher UP200S เป็นเวลาประมาณ 90 นาที
(อ้างอิง Alizadeh et al., 2018)

 
Tragazikis et al. (2019) รายงานการรวมนาโนเกลตช์กราฟีนเข้ากับปูนอย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นสารแขวนลอยกราฟีนในน้ําจึงถูกผลิตขึ้นโดยการเติมนาโนเกล็ดเลือด – ที่น้ําหนักที่จารึกโดยเนื้อหาเป้าหมายที่ต้องการในวัสดุที่ได้ – ในส่วนผสมของน้ําประปาธรรมดาและพลาสติไซเซอร์ และการกวนด้วยแม่เหล็กในภายหลังเป็นเวลา 2 นาที ระบบกันสะเทือนถูกทําให้เป็นเนื้อเดียวกันโดยอัลตราโซนิกเป็นเวลา 90 นาทีที่อุณหภูมิห้องโดยใช้อุปกรณ์ Hielscher UP400S (Hielscher Ultrasonics GmbH) ที่ติดตั้ง 22 มม. โซโนโทรดที่ให้ปริมาณพลังงาน 4500 J / นาทีที่ความถี่ 24 kHz การรวมกันเฉพาะของอัตราพลังงานและระยะเวลาการ sonication ถูกกําหนดให้เหมาะสมที่สุดหลังจากการตรวจสอบอย่างพิถีพิถันเกี่ยวกับผลกระทบของพารามิเตอร์อัลตราโซนิกของคุณภาพระบบกันสะเทือน
(อ้างอิง Tragazikis et al., 2019)
 
Zainal et al. (2018) ระบุในการวิจัยของพวกเขาว่าเทคนิคการกระจายตัวที่เหมาะสมเช่นการ sonication ช่วยให้มั่นใจได้ว่าวัสดุนาโนเช่นกราฟีนนาโนเพลทเทเล็ตสามารถเพิ่มคุณสมบัติของวัสดุเติมได้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการกระจายตัวเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สําคัญที่สุดสําหรับการผลิตนาโนคอมโพสิตคุณภาพสูงเช่นยาแนวอีพ็อกซี่

เครื่องสะท้อนเสียงประสิทธิภาพสูงสําหรับการประมวลผลกราฟีนนาโนเกล็ดเลือด

Hielscher Ultrasonics เป็นผู้นําตลาดเมื่อพูดถึงเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการแปรรูปวัสดุนาโน เครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบ Hielscher ถูกนํามาใช้ทั่วโลกในห้องปฏิบัติการและการตั้งค่าอุตสาหกรรมสําหรับการใช้งานต่างๆรวมถึงการแปรรูปนาโนเกล็ดเลือดกราฟีน
เทคโนโลยีที่ทันสมัยงานฝีมือและวิศวกรรมของเยอรมันตลอดจนประสบการณ์ทางเทคนิคที่ยาวนานทําให้ Hielscher Ultrasonics เป็นพันธมิตรที่ต้องการของคุณสําหรับการใช้งานอัลตราโซนิกที่ประสบความสําเร็จ

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: