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 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.

ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูงของแผ่นนาโนกราฟีนที่ได้รับผ่านการกระจายเฟสในน้ําด้วยอัลตราโซนิกและวิธี 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: