การผลิตกราฟีนอัลตราโซนิก
การสังเคราะห์กราฟีนด้วยอัลตราโซนิกผ่านการขัดผิวกราไฟท์เป็นวิธีที่น่าเชื่อถือและเป็นประโยชน์ที่สุดในการผลิตแผ่นกราฟีนคุณภาพสูงในระดับอุตสาหกรรม โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงของ Hielscher สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยําและสามารถสร้างแอมพลิจูดที่สูงมากในการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน สิ่งนี้ช่วยให้สามารถเตรียมกราฟีนบริสุทธิ์ในปริมาณมากด้วยวิธีที่ง่ายและควบคุมขนาดได้
การเตรียมอัลตราโซนิกของกราฟีน
เนื่องจากเป็นที่ทราบถึงลักษณะพิเศษของกราไฟท์จึงมีการพัฒนาวิธีการเตรียมหลายวิธี นอกเหนือจากการผลิตกราฟีนทางเคมีจากกราฟีนออกไซด์ในกระบวนการหลายขั้นตอนซึ่งจําเป็นต้องมีสารออกซิไดซ์และรีดิวซ์ที่รุนแรงมาก นอกจากนี้ กราฟีนที่เตรียมภายใต้สภาวะทางเคมีที่รุนแรงเหล่านี้มักมีข้อบกพร่องจํานวนมากแม้จะลดลงเมื่อเทียบกับกราฟีนที่ได้จากวิธีอื่น อย่างไรก็ตามอัลตราซาวนด์เป็นทางเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในการผลิตกราฟีนคุณภาพสูงในปริมาณมาก นักวิจัยได้พัฒนาวิธีที่แตกต่างกันเล็กน้อยโดยใช้อัลตราซาวนด์ แต่โดยทั่วไปการผลิตกราฟีนเป็นกระบวนการขั้นตอนเดียวที่เรียบง่าย

ลําดับความเร็วสูง (จาก a ถึง f) ของเฟรมที่แสดงให้เห็นถึงการขัดผิวแบบกลไกของเกล็ดกราไฟท์ในน้ํา ใช้ UP200S เครื่องอัลตราโซนิก 200W พร้อม sonotrode 3 มม. ลูกศรแสดงตําแหน่งของการแยก (การขัดผิว) โดยมีฟองอากาศที่แทรกซึมเข้าไปในการแยก
(การศึกษาและรูปภาพ: © Tyurnina et al. 2020

UIP2000hdt – เครื่องอัลตราโซนิกทรงพลัง 2kW สําหรับการขัดผิวกราฟีน
ข้อดีของการขัดผิวกราฟีนอัลตราโซนิก
เครื่องอัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์ชนิดโพรบ Hielscher เปลี่ยนการขัดผิวกราฟีนให้เป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูงที่ใช้ในการผลิตกราฟีนจากกราไฟท์ผ่านการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่ทรงพลัง เทคนิคนี้มีข้อดีหลายประการเหนือวิธีการผลิตกราฟีนอื่นๆ ประโยชน์หลักของการขัดผิวกราฟีนอัลตราโซนิกมีดังต่อไปนี้:
- ประสิทธิภาพสูง: การขัดผิวกราฟีนผ่านอัลตราโซนิกแบบโพรบเป็นวิธีการผลิตกราฟีนที่มีประสิทธิภาพมาก สามารถผลิตกราฟีนคุณภาพสูงจํานวนมากได้ในเวลาอันสั้น
- ราคาถูก: อุปกรณ์ที่จําเป็นสําหรับการขัดผิวด้วยอัลตราโซนิกในการผลิตกราฟีนอุตสาหกรรมมีราคาไม่แพงนักเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตกราฟีนอื่น ๆ เช่นการสะสมไอเคมี (CVD) และการขัดผิวเชิงกล
- ความสามารถในการปรับขนาด: การขัดผิวกราฟีนผ่านเครื่องอัลตราโซนิกสามารถขยายขนาดได้อย่างง่ายดายสําหรับการผลิตกราฟีนขนาดใหญ่ การขัดผิวอัลตราโซนิกและการกระจายตัวของกราฟีนสามารถทํางานเป็นชุดและในกระบวนการอินไลน์ต่อเนื่อง ทําให้เป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้สําหรับการใช้งานระดับอุตสาหกรรม
- ควบคุมคุณสมบัติของกราฟีน: การขัดผิวและการหลุดลอกกราฟีนโดยใช้อัลตราโซนิกแบบโพรบช่วยให้สามารถควบคุมคุณสมบัติของกราฟีนที่ผลิตได้อย่างแม่นยํา ซึ่งรวมถึงขนาด ความหนา และจํานวนชั้น
- ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด: การขัดผิวกราฟีนโดยใช้อัลตราโซนิกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วเป็นวิธีการผลิตกราฟีนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากสามารถใช้กับตัวทําละลายปลอดสารพิษและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมเช่นน้ําหรือเอทานอล ซึ่งหมายความว่าการหลุดลอกกราฟีนแบบอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถหลีกเลี่ยงหรือลดการใช้สารเคมีที่รุนแรงหรืออุณหภูมิสูง ทําให้เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสําหรับวิธีการผลิตกราฟีนอื่นๆ
โดยรวมแล้วการขัดผิวกราฟีนโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์แบบโพรบ Hielscher นําเสนอวิธีการผลิตกราฟีนที่คุ้มค่าปรับขนาดได้และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมพร้อมการควบคุมคุณสมบัติของวัสดุที่ได้อย่างแม่นยํา
ตัวอย่างสําหรับการผลิตกราฟีนอย่างง่ายโดยใช้ Sonication
กราไฟท์ถูกเติมลงในส่วนผสมของกรดอินทรีย์เจือจางแอลกอฮอล์และน้ําจากนั้นส่วนผสมจะถูกสัมผัสกับรังสีอัลตราโซนิก กรดทํางานเป็น “ลิ่มโมเลกุล” ซึ่งแยกแผ่นกราฟีนออกจากกราไฟท์แม่ ด้วยกระบวนการง่ายๆ นี้ กราฟีนคุณภาพสูงที่ไม่เสียหายจํานวนมากจะกระจายอยู่ในน้ํา (An และคณะ 2010)

ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูงของแผ่นนาโนกราฟีนที่ได้รับ
ผ่านการกระจายเฟสในน้ําด้วยอัลตราโซนิกและวิธี Hummer
(การศึกษาและกราฟิก: Ghanem และ Rehim, 2018)
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสังเคราะห์กราฟีนอัลตราโซนิกการกระจายตัวและการทํางานโปรดคลิกที่นี่:
- การผลิตกราฟีน
- กราฟีนนาโนเกล็ดเลือด
- การขัดผิวกราฟีนสูตรน้ํา
- กราฟีนกระจายตัวในน้ํา
- กราฟีนออกไซด์
- ซีเนส
กราฟีนขัดผิวโดยตรง
อัลตราซาวนด์ช่วยให้สามารถเตรียมกราฟีนในตัวทําละลายอินทรีย์ สารลดแรงตึงผิว/สารละลายน้ํา หรือของเหลวไอออนิก ซึ่งหมายความว่าสามารถหลีกเลี่ยงการใช้สารออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์ที่รุนแรงได้ Stankovich et al. (2007) ผลิตกราฟีนโดยการขัดผิวภายใต้อัลตราโซนิก
ภาพ AFM ของกราฟีนออกไซด์ที่ขัดผิวโดยการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกที่ความเข้มข้น 1 มก./มล. ในน้ํามักจะเผยให้เห็นการมีอยู่ของแผ่นที่มีความหนาสม่ําเสมอ (~1 นาโนเมตร ตัวอย่างแสดงในภาพด้านล่าง) ตัวอย่างกราฟีนออกไซด์ที่ขัดผิวอย่างดีเหล่านี้ไม่มีแผ่นที่หนาหรือบางกว่า 1 นาโนเมตร ซึ่งนําไปสู่ข้อสรุปว่าการขัดผิวกราฟีนออกไซด์อย่างสมบูรณ์จนถึงแผ่นกราฟีนออกไซด์แต่ละแผ่นนั้นทําได้ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ (Stankovich et al. 2007)

ภาพ AFM ของแผ่น GO ที่ขัดผิวด้วยโปรไฟล์ความสูงสามระดับที่ได้มาในสถานที่ต่างๆ
(ภาพและการศึกษา: ©Stankovich et al., 2007)
การเตรียมแผ่นกราฟีน
Stengl และคณะ ได้แสดงให้เห็นถึงความสําเร็จในการเตรียมแผ่นกราฟีนบริสุทธิ์ในปริมาณมากในระหว่างการผลิตนาโนคอมโพซิฟิกกราฟีน TiO2 ที่ไม่ใช่สโตอิจิโอเมตริกโดยการไฮโดรไลซิสด้วยความร้อนของสารแขวนลอยด้วยแผ่นนาโนกราฟีนและคอมเพล็กซ์ไททาเนียเพอรอกโซ แผ่นนาโนกราฟีนบริสุทธิ์ผลิตจากกราไฟท์ธรรมชาติโดยใช้สนามโพรงอากาศความเข้มสูงที่สร้างขึ้นโดยโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher UIP1000hd ในเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกแรงดันที่ 5 บาร์ แผ่นกราฟีนที่ได้รับซึ่งมีพื้นที่ผิวจําเพาะสูงและคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์สามารถใช้เป็นตัวรองรับที่ดีสําหรับ TiO2 เพื่อเพิ่มกิจกรรมโฟโตคะตาไลติก กลุ่มวิจัยอ้างว่าคุณภาพของกราฟีนที่เตรียมด้วยอัลตราโซนิกนั้นสูงกว่ากราฟีนที่ได้จากวิธีของ Hummer มาก ซึ่งกราไฟท์จะถูกผลัดเซลล์ผิวและออกซิไดซ์ เนื่องจากสภาพทางกายภาพในเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยําและโดยสมมติฐานที่ว่าความเข้มข้นของกราฟีนเป็นสารเจือจะแตกต่างกันไปในช่วง 1 – 0.001% การผลิตกราฟีนในระบบต่อเนื่องในระดับเชิงพาณิชย์สามารถติดตั้งได้ง่าย เครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมและเครื่องปฏิกรณ์แบบอินไลน์สําหรับการขัดผิวกราฟีนคุณภาพสูงอย่างมีประสิทธิภาพพร้อมใช้งาน
การเตรียมโดยการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกของกราฟีนออกไซด์
Oh et al. (2010) ได้แสดงเส้นทางการเตรียมโดยใช้การฉายรังสีอัลตราโซนิกเพื่อผลิตชั้นกราฟีนออกไซด์ (GO) ดังนั้นพวกเขาจึงแขวนผงกราฟีนออกไซด์ยี่สิบห้ามิลลิกรัมในน้ําปราศจากไอออน 200 มล. โดยการกวนพวกเขาได้สารแขวนลอยสีน้ําตาลที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน สารแขวนลอยที่ได้ถูก sonicated (30 นาที, 1.3 × 105J) และหลังจากการอบแห้ง (ที่ 373 K) กราฟีนออกไซด์ที่ผ่านการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกจะถูกผลิตขึ้น สเปกโทรสโกปี FTIR แสดงให้เห็นว่าการรักษาด้วยอัลตราโซนิกไม่ได้เปลี่ยนกลุ่มการทํางานของกราฟีนออกไซด์
การทํางานของแผ่นกราฟีน
Xu และ Suslick (2011) อธิบายวิธีการขั้นตอนเดียวที่สะดวกสําหรับการเตรียมกราไฟท์ที่ใช้งานได้ด้วยโพลีสไตรีน ในการศึกษาของพวกเขาพวกเขาใช้เกล็ดกราไฟท์และสไตรีนเป็นวัตถุดิบพื้นฐาน โดยการสะท้อนเกล็ดกราไฟท์ในสไตรีน (โมโนเมอร์ที่ทําปฏิกิริยา) การฉายรังสีอัลตราซาวนด์ส่งผลให้เกิดการขัดผิวด้วยกลไกเคมีของเกล็ดกราไฟท์เป็นแผ่นกราฟีนชั้นเดียวและไม่กี่ชั้น ในขณะเดียวกันก็สามารถทําหน้าที่ของแผ่นกราฟีนด้วยโซ่โพลีสไตรีนได้
กระบวนการเดียวกันนี้สามารถทําได้กับโมโนเมอร์ไวนิลอื่น ๆ สําหรับคอมโพสิตที่ใช้กราฟีน
การกระจายตัวของกราฟีน
เกรดการกระจายตัวของกราฟีนและกราฟีนออกไซด์มีความสําคัญอย่างยิ่งในการใช้ศักยภาพของกราฟีนอย่างเต็มที่ด้วยลักษณะเฉพาะ หากกราฟีนไม่กระจายตัวภายใต้สภาวะที่มีการควบคุมการกระจายตัวของกราฟีนสามารถนําไปสู่พฤติกรรมที่คาดเดาไม่ได้หรือไม่เหมาะเมื่อรวมเข้ากับอุปกรณ์เนื่องจากคุณสมบัติของกราฟีนแตกต่างกันไปตามฟังก์ชันของพารามิเตอร์โครงสร้าง Sonication เป็นการรักษาที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถลดแรงระหว่างชั้นและช่วยให้สามารถควบคุมพารามิเตอร์การประมวลผลที่สําคัญได้อย่างแม่นยํา
"สําหรับกราฟีนออกไซด์ (GO) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะถูกขัดผิวเป็นแผ่นชั้นเดียว หนึ่งในความท้าทายหลักของการกระจายตัวของโพลีนั้นเกิดขึ้นจากความแปรปรวนของพื้นที่ด้านข้างของเกล็ด แสดงให้เห็นว่าขนาดด้านข้างเฉลี่ยของ GO สามารถเปลี่ยนจาก 400 นาโนเมตรเป็น 20 ไมโครเมตรโดยการเปลี่ยนวัสดุเริ่มต้นของกราไฟท์และเงื่อนไขการ sonication" (Green et al. 2010)
การกระจายตัวของกราฟีนด้วยอัลตราโซนิกส่งผลให้เกิดสารละลายละเอียดและแม้กระทั่งคอลลอยด์ได้รับการพิสูจน์ในการศึกษาอื่น ๆ (Liu et al. 2011/ Baby et al. 2011/ Choi et al. 2010)
Zhang et al. (2010) ได้แสดงให้เห็นว่าโดยการใช้อัลตราโซนิกการกระจายตัวของกราฟีนที่เสถียรที่มีความเข้มข้นสูง 1 มก. · mL − 1 และแผ่นกราฟีนที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ และแผ่นกราฟีนที่เตรียมไว้แสดงค่าการนําไฟฟ้าสูงถึง 712 S·m−1. ผลการตรวจสเปกตรัมอินฟราเรดที่แปลงฟูริเยร์และสเปกตรัมรามันบ่งชี้ว่าวิธีการเตรียมอัลตราโซนิกมีความเสียหายต่อโครงสร้างทางเคมีและผลึกของกราฟีนน้อยกว่า
เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการขัดผิวกราฟีน
สําหรับการผลิตแผ่นนาโนกราฟีนคุณภาพสูงจําเป็นต้องมีอุปกรณ์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่เชื่อถือได้ แอมพลิจูด ความดัน และอุณหภูมิเป็นพารามิเตอร์ที่จําเป็น ซึ่งมีความสําคัญต่อการทําซ้ําและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สม่ําเสมอ Hielscher อัลตราโซนิกส์’ โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกเป็นระบบที่ทรงพลังและควบคุมได้อย่างแม่นยําซึ่งช่วยให้สามารถตั้งค่าพารามิเตอร์กระบวนการได้อย่างแม่นยําและเอาต์พุตอัลตราซาวนด์กําลังสูงอย่างต่อเนื่อง โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรม Hielscher Ultrasonics สามารถให้แอมพลิจูดที่สูงมาก แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถทํางานต่อเนื่องได้อย่างง่ายดายในการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes อัลตราโซนิกแบบกําหนดเอง ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันในงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ
ลูกค้าของเราพึงพอใจกับความทนทานและความน่าเชื่อถือที่โดดเด่นของระบบอัลตราโซนิกของ Hielscher การติดตั้งในด้านการใช้งานหนักสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการและการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันช่วยให้มั่นใจได้ถึงการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพและประหยัด การเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการอัลตราโซนิกช่วยลดเวลาในการประมวลผลและได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นเช่นคุณภาพที่สูงขึ้นผลผลิตที่สูงขึ้นผลิตภัณฑ์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
---|---|---|
0.5 ถึง 1.5 มล. | ไม่ | ไวอัลทวีตเตอร์ |
1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
การเตรียมคาร์บอนนาโนคัมโรล
คาร์บอนนาโนสัมโรลคล้ายกับท่อนาโนคาร์บอนหลายผนัง ความแตกต่างของ MWCNTs คือปลายเปิดและการเข้าถึงพื้นผิวด้านในอย่างเต็มที่ไปยังโมเลกุลอื่น ๆ พวกเขาสามารถสังเคราะห์ทางเคมีเปียกได้โดยการแทรกกราไฟท์กับโพแทสเซียมขัดผิวในน้ําและโซนิกสารแขวนลอยคอลลอยด์ (อ้างอิง Viculis et al. 2003) อัลตราโซนิกช่วยในการเลื่อนขึ้นของชั้นเดียวของกราฟีนเป็นคาร์บอนนาโนครอว์ (ดูภาพด้านล่าง) ประสิทธิภาพการแปลงสูงถึง 80% ซึ่งทําให้การผลิตนาโนสคัปน่าสนใจสําหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์
การเตรียมนาโนริบบิ้น
กลุ่มวิจัยของ Hongjie Dai และเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดพบเทคนิคในการเตรียมริบบิ้นนาโน ริบบิ้นกราฟีนเป็นแถบกราฟีนบาง ๆ ที่อาจมีลักษณะที่มีประโยชน์มากกว่าแผ่นกราฟีน ที่ความกว้างประมาณ 10 นาโนเมตรหรือเล็กกว่าพฤติกรรมของริบบิ้นกราฟีนจะคล้ายกับเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากอิเล็กตรอนถูกบังคับให้เคลื่อนที่ตามยาว ด้วยเหตุนี้จึงน่าสนใจที่จะใช้ริบบิ้นนาโนที่มีฟังก์ชันคล้ายเซมิคอนดักเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่นสําหรับชิปคอมพิวเตอร์ที่เล็กกว่าและเร็วกว่า)
Dai et al. การเตรียมฐานของริบบิ้นนาโนกราฟีนในสองขั้นตอน: ประการแรกพวกเขาคลายชั้นของกราฟีนจากกราไฟท์โดยการอบชุบด้วยความร้อน 1,000ºC เป็นเวลาหนึ่งนาทีในไฮโดรเจน 3% ในก๊าซอาร์กอน จากนั้นกราฟีนถูกแบ่งออกเป็นแถบโดยใช้อัลตราโซนิก นาโนริบบิ้นที่ได้จากเทคนิคนี้มีลักษณะ 'นุ่มนวลกว่ามาก’ ขอบมากกว่าที่ทําด้วยวิธีการพิมพ์หินทั่วไป (Jiao et al. 2009)
การผลิตกราฟีนด้วยอัลตราโซนิก
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
กราฟีนคืออะไร?
กราไฟท์ประกอบด้วยแผ่นสองมิติของอะตอมคาร์บอนที่จัดเรียงเป็นหกเหลี่ยมแบบไฮบริด sp2 ซึ่งเป็นกราฟีนซึ่งซ้อนกันเป็นประจํา แผ่นอะตอมบางของกราฟีนซึ่งก่อตัวเป็นกราไฟท์โดยปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ยึดติดมีลักษณะเป็นพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่ามาก กราฟีนแสดงความแข็งแรงและความแน่นเป็นพิเศษตามระดับพื้นฐานที่สูงถึง 1020 GPa เกือบค่าความแข็งแรงของเพชร
กราฟีนเป็นองค์ประกอบโครงสร้างพื้นฐานของอัลโลโทรปบางชนิด รวมถึงนอกจากกราไฟท์แล้ว ยังรวมถึงท่อนาโนคาร์บอนและฟูลเลอรีน ใช้เป็นสารเติมแต่งกราฟีนสามารถเพิ่มคุณสมบัติทางไฟฟ้าทางกายภาพทางกลและสิ่งกีดขวางของโพลีเมอร์คอมโพสิตที่โหลดต่ํามาก (ซู, Suslick 2011)
ด้วยคุณสมบัติของมันกราฟีนเป็นวัสดุของสารชั้นยอดและด้วยเหตุนี้จึงมีแนวโน้มสําหรับอุตสาหกรรมที่ผลิตคอมโพสิตสารเคลือบหรือไมโครอิเล็กทรอนิกส์ Geim (2009) อธิบายกราฟีนว่าเป็นวัสดุพิเศษอย่างกระชับในย่อหน้าต่อไปนี้:
"มันเป็นวัสดุที่บางที่สุดในจักรวาลและแข็งแรงที่สุดเท่าที่เคยวัดมา พาหะประจุแสดงความคล่องตัวที่แท้จริงขนาดมหึมา มีมวลที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุด (เป็นศูนย์) และสามารถเดินทางได้ไกลถึงไมโครเมตรโดยไม่กระเจิงที่อุณหภูมิห้อง กราฟีนสามารถรักษาความหนาแน่นของกระแสได้สูงกว่าทองแดง 6 ลําดับแสดงการนําความร้อนและความแข็งเป็นประวัติการณ์ไม่สามารถซึมผ่านก๊าซได้และกระทบยอดคุณสมบัติที่ขัดแย้งกันเช่นความเปราะบางและความเหนียว การขนส่งอิเล็กตรอนในกราฟีนอธิบายโดยสมการคล้าย Dirac ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบปรากฏการณ์ควอนตัมสัมพัทธภาพในการทดลองแบบตั้งโต๊ะได้"
เนื่องจากลักษณะของวัสดุที่โดดเด่นเหล่านี้กราฟีนจึงเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีแนวโน้มมากที่สุดและเป็นจุดสนใจของการวิจัยวัสดุนาโน
การใช้งานที่เป็นไปได้สําหรับกราฟีน
การประยุกต์ใช้ทางชีวภาพ: ตัวอย่างสําหรับการเตรียมกราฟีนอัลตราโซนิกและการใช้งานทางชีวภาพมีให้ในการศึกษา "การสังเคราะห์กราฟีน-นาโนคอมโพสิตทองคําผ่านการลดโซโนเคมี" โดย Park et al. (2011) ซึ่งนาโนคอมโพสิตจากอนุภาคนาโนกราฟีนออกไซด์ที่ลดลง - ทองคํา (Au) ถูกสังเคราะห์โดยการลดไอออนทองคําพร้อมกันและสะสมอนุภาคนาโนทองคําบนพื้นผิวของกราฟีนออกไซด์ที่ลดลงพร้อมกัน เพื่ออํานวยความสะดวกในการลดไอออนทองคําและการสร้างฟังก์ชันออกซิเจนสําหรับการยึดอนุภาคนาโนทองคําบนกราฟีนออกไซด์ที่ลดลงการฉายรังสีอัลตราซาวนด์ถูกนําไปใช้กับส่วนผสมของสารตั้งต้น การผลิตโมเลกุลชีวภาพที่ดัดแปลงเปปไทด์ที่จับกับทองคําแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการฉายรังสีอัลตราโซนิกของกราฟีนและกราฟีนคอมโพสิต ดังนั้นอัลตราซาวนด์จึงดูเหมือนจะเป็นเครื่องมือที่เหมาะสมในการเตรียมชีวโมเลกุลอื่นๆ
อิเล็กทรอนิกส์: กราฟีนเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงสําหรับภาคอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยความคล่องตัวสูงของพาหะประจุภายในกริดของกราฟีนกราฟีนจึงเป็นที่สนใจสูงสุดสําหรับการพัฒนาชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่รวดเร็วในเทคโนโลยีความถี่สูง
เซนเซอร์: กราฟีนที่ขัดผิวด้วยอัลตราโซนิกสามารถใช้สําหรับการผลิตเซ็นเซอร์วัดค่านําไฟฟ้าที่มีความไวสูงและคัดเลือก (ซึ่งความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว >10,000% ในไอเอทานอลอิ่มตัว) และตัวเก็บประจุพิเศษที่มีความจุจําเพาะสูงมาก (120 F/g) ความหนาแน่นของพลังงาน (105 กิโลวัตต์/กก.) และความหนาแน่นของพลังงาน (9.2 Wh/กก.) (An และคณะ 2010)
แอลกอฮอล์: สําหรับการผลิตแอลกอฮอล์: การประยุกต์ใช้ด้านข้างอาจเป็นการใช้กราฟีนในการผลิตแอลกอฮอล์สามารถใช้เมมเบรนกราฟีนในการกลั่นแอลกอฮอล์และทําให้เครื่องดื่มแอลกอฮอล์แข็งแรงขึ้น
ในฐานะที่เป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดนําไฟฟ้ามากที่สุดและเป็นหนึ่งในวัสดุที่เบาที่สุดและมีความยืดหยุ่นมากที่สุดกราฟีนเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสําหรับเซลล์แสงอาทิตย์ตัวเร่งปฏิกิริยาจอแสดงผลโปร่งใสและเปล่งแสงเครื่องสะท้อนไมโครเมคานิกทรานซิสเตอร์เป็นแคโทดในแบตเตอรี่ลิเธียมแอร์สําหรับเครื่องตรวจจับสารเคมีที่มีความไวเป็นพิเศษการเคลือบนําไฟฟ้าตลอดจนการใช้เป็นสารเติมแต่งในสารประกอบ
หลักการทํางานของอัลตราซาวนด์กําลังสูง
เมื่อ sonicating ของเหลวที่มีความเข้มสูงคลื่นเสียงที่แพร่กระจายไปยังสื่อของเหลวจะส่งผลให้เกิดรอบความดันสูง (การบีบอัด) และความดันต่ํา (หายาก) สลับกันโดยมีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่ ในระหว่างรอบความดันต่ําคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงจะสร้างฟองสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองอากาศมีปริมาตรที่ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้อีกต่อไปฟองอากาศจะยุบตัวลงอย่างรุนแรงในระหว่างวัฏจักรความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพรงอากาศ ในระหว่างการระเบิด อุณหภูมิที่สูงมาก (ประมาณ 5,000K) และความดัน (ประมาณ 2,000atm) จะถึงในท้องถิ่น การระเบิดของฟองอากาศยังส่งผลให้เกิดไอพ่นของเหลวที่มีความเร็วสูงถึง 280 ม./วินาที (ซูสลิก 1998) โพรงอากาศที่สร้างขึ้นด้วยอัลตราโซนิกทําให้เกิดผลกระทบทางเคมีและทางกายภาพซึ่งสามารถนําไปใช้กับกระบวนการได้
โซโนเคมีที่เกิดจากโพรงอากาศให้ปฏิสัมพันธ์ที่ไม่เหมือนใครระหว่างพลังงานและสสารโดยมีจุดร้อนภายในฟองอากาศ ~ 5000 K ความดัน ~ 1000 บาร์ อัตราการให้ความร้อนและความเย็นของ >1010K วินาที 1; เงื่อนไขพิเศษเหล่านี้อนุญาตให้เข้าถึงพื้นที่ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ที่ปกติไม่สามารถเข้าถึงได้ ซึ่งช่วยให้สามารถสังเคราะห์วัสดุโครงสร้างนาโนที่ผิดปกติได้หลากหลาย (ปัง 2010)
วรรณกรรม / อ้างอิง
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
- An, X.; Simmons, T.; Shah, R.; Wolfe, C.; Lewis, K. M.; Washington, M.; Nayak, S. K.; Talapatra, S.; Kar, S. (2010): Stable Aqueous Dispersions of Noncovalently Functionalized Graphene from Graphite and their Multifunctional High-Performance Applications. Nano Letters 10/2010. pp. 4295-4301.
- Baby, T. Th.; Ramaprabhu, S. (2011): Enhanced convective heat transfer using graphene dispersed nanofluids. Nanoscale Research Letters 6:289, 2011.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Choi, E. Y.; Han, T. H.; Hong, J.; Kim, J. E.; Lee, S. H.; Kim, H. W.; Kim, S. O. (2010): Noncovalent functionalization of graphene with end-functional polymers. Journal of Materials Chemistry 20/ 2010. pp. 1907-1912.
- Geim, A. K. (2009): Graphene: Status and Prospects. Science 324/2009. pp. 1530-1534.
- Green, A. A.; Hersam, M. C. (2010): Emerging Methods for Producing Monodisperse Graphene Dispersions. Journal of Physical Chemistry Letters 2010. pp. 544-549.
- Guo, J.; Zhu, S.; Chen, Z.; Li, Y.; Yu, Z.; Liu, Z.; Liu, Q.; Li, J.; Feng, C.; Zhang, D. (2011): Sonochemical synthesis of TiO2 nanoparticles on graphene for use as photocatalyst
- Hasan, K. ul; Sandberg, M. O.; Nur, O.; Willander, M. (2011): Polycation stabilization of graphene suspensions. Nanoscale Research Letters 6:493, 2011.
- Liu, X.; Pan, L.; Lv, T.; Zhu, G.; Lu, T.; Sun, Z.; Sun, C. (2011): Microwave-assisted synthesis of TiO2-reduced graphene oxide composites for the photocatalytic reduction of Cr(VI). RSC Advances 2011.
- Malig, J.; Englert, J. M.; Hirsch, A.; Guldi, D. M. (2011): Wet Chemistry of Graphene. The Electrochemical Society Interface, Spring 2011. pp. 53-56.
- Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): The Effect of Thermal and Ultrasonic Treatment on the Formation of Graphene-oxide Nanosheets. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
- Sametband, M.; Shimanovich, U.; Gedanken, A. (2012): Graphene oxide microspheres prepared by a simple, one-step ultrasonication method. New Journal of Chemistry 36/2012. pp. 36-39.
- Savoskin, M. V.; Mochalin, V. N.; Yaroshenko, A. P.; Lazareva, N. I.; Konstanitinova, T. E.; Baruskov, I. V.; Prokofiev, I. G. (2007): Carbon nanoscrolls produced from acceptor-type graphite intercalation compounds. Carbon 45/2007. pp. 2797-2800.
- Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.; Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. (2007): Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide. Carbon 45/2007. pp. 1558-1565.
- Viculis, L. M.; Mack, J. J.; Kaner, R. B. (2003): A Chemical Route To Carbon Nanoscrolls. Science, 299/1361; 2003.
- Xu, H.; Suslick, K. S. (2011): Sonochemical Preparation of Functionalized Graphenes. In: Journal of American Chemical Society 133/2011. pp. 9148-9151.
- Zhang, W.; He, W.; Jing, X. (2010): Preparation of a Stable Graphene Dispersion with High Concentration by Ultrasound. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. pp. 10368-10373.
- Jiao, L.; Zhang, L.; Wang, X.; Diankov, G.; Dai, H. (2009): Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes. Nature 458/ 2009. pp. 877-880.
- Park, G.; Lee, K. G.; Lee, S. J.; Park, T. J.; Wi, R.; Kim, D. H. (2011): Synthesis of Graphene-Gold Nanocomposites via Sonochemical Reduction. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7/11, 2011. pp. 6095-6101.
- Zhang, R.Q.; De Sakar, A. (2011): Theoretical Studies on Formation, Property Tuning and Adsorption of Graphene Segments. In: M. Sergey (ed.): Physics and Applications of Graphene – Theory. InTech 2011. pp. 3-28.

Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม