อัลตราโซนิกการผลิตแกรฟีน

อัลตราโซนิกเตรียมแกรฟีน

เนื่องจากลักษณะพิเศษของแกรไฟต์เป็นที่รู้จักกันหลายวิธีสำหรับการเตรียมการได้รับการพัฒนา ข้างการผลิตสารเคมีของ graphenes จาก graphene ออกไซด์ในกระบวนการหลายขั้นตอนซึ่งการออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่งมากและตัวแทนลดลงเป็นสิ่งจำเป็น นอกจากนี้, graphene ที่เตรียมไว้ภายใต้เงื่อนไขทางเคมีเหล่านี้รุนแรงมักจะมีจำนวนมากของข้อบกพร่องแม้หลังจากการลดเมื่อเทียบกับ graphenes ได้รับจากวิธีการอื่นๆ. อย่างไรก็ตามอัลตราซาวนด์เป็นทางเลือกที่พิสูจน์แล้วในการผลิตกราฟีนที่มีคุณภาพสูงยังอยู่ในปริมาณมาก นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการที่แตกต่างกันเล็กน้อยโดยใช้อัลตราซาวนด์แต่โดยทั่วไปการผลิต graphene เป็นกระบวนการขั้นตอนเดียวที่เรียบง่าย
เพื่อให้ตัวอย่างของเส้นทางการผลิตกราฟีนที่เฉพาะเจาะจง: กราไฟท์จะถูกเพิ่มในส่วนผสมของกรดเจือจางอินทรีย์เครื่องดื่มแอลกอฮอล์และน้ำแล้วผสมสัมผัสกับการฉายรังสีอัลตราโซนิก กรดทำงานเป็น “ลิ่มโมเลกุล” ซึ่งแยกแผ่นกราฟีนจากกราไฟท์ผู้ปกครอง โดยขั้นตอนง่ายๆนี้ปริมาณมากไม่เสียหาย, กราฟีนที่มีคุณภาพสูงกระจายตัวในน้ำจะถูกสร้างขึ้น (เป็น et al. 2010)

รูปที่ 1:. ภาพ AFM แผ่น GO exfoliated กับสามโปรไฟล์สูงที่ได้มาอยู่ในสถานที่ที่แตกต่างกัน (Stankovich, et al. 2007)

แกรฟีนตรง Exfoliation

อัลตราซาวนด์ช่วยให้การเตรียมความพร้อมของ graphenes ในตัวทำละลายอินทรีย์, การแก้ปัญหาการลดแรงตึงผิว / น้ำหรือของเหลวไอโอนิก ซึ่งหมายความว่าการใช้ออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่งหรือตัวแทนลดสามารถหลีกเลี่ยงได้ Stankovich et al, (2007) ผลิตโดย graphene ขัดภายใต้ ultrasonication
ภาพ AFM ของกราฟีนออกไซด์ exfoliated โดยรักษาล้ำที่ความเข้มข้น 1 มิลลิกรัม / มิลลิลิตรในน้ำมักจะเผยให้เห็นการปรากฏตัวของแผ่นมีความหนาสม่ำเสมอ (~ 1 นาโนเมตร; ตัวอย่างแสดงในรูปที่ 1 ด้านล่าง.) เหล่านี้ตัวอย่างที่ดี exfoliated ของกราฟีนออกไซด์ที่มีแผ่นไม่มีทั้งหนาหรือบางกว่า 1nm นำไปสู่ข้อสรุปที่ขัดสมบูรณ์ของกราฟีนออกไซด์ลงไปที่แผ่นกราฟีนออกไซด์ของแต่ละบุคคลก็ประสบความสำเร็จแน่นอนภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ (Stankovich et al. 2007)

การจัดทำแผ่นแกรฟีน

Stengl et al, ได้แสดงให้เห็นการเตรียมการประสบความสำเร็จของแผ่นกราฟีนบริสุทธิ์ในปริมาณมากในระหว่างการผลิต nonstoichiometric nanocomposit TiO2 graphene โดยการย่อยสลายทางความร้อนของการระงับด้วย nanosheets กราฟีนและไททาเนียม peroxo ซับซ้อน nanosheets กราฟีนบริสุทธิ์ที่ผลิตจากกราไฟท์ธรรมชาติโดยใช้สนามโพรงอากาศความเข้มสูงที่สร้างขึ้นโดยหน่วยประมวลผลล้ำ Hielscher ของ UIP1000hd ในแรงดันสูงเครื่องปฏิกรณ์ล้ำที่ 5 บาร์ แผ่นกราฟีนได้มีพื้นที่ผิวสูงที่เฉพาะเจาะจงและสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ซ้ำกันสามารถนำมาใช้เป็นสนับสนุนที่ดีสำหรับ TiO2 เพื่อเพิ่มกิจกรรมออกไซด์ กลุ่มวิจัยอ้างว่าคุณภาพของกราฟีนเตรียม ultrasonically คือสูงกว่ากราฟีนได้รับโดยวิธี Hummer ของที่กราไฟท์เป็น exfoliated และออกซิไดซ์ ในฐานะที่เป็นเงื่อนไขทางกายภาพในเครื่องปฏิกรณ์ล้ำสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำและสมมติฐานที่ว่าความเข้มข้นของกราฟีนเป็นสิ่งเจือปนที่จะแตกต่างกันในช่วง 1 – 0001% การผลิตของกราฟีนในระบบอย่างต่อเนื่องใน เชิงพาณิชย์ เป็นไปได้.

การเตรียมความพร้อมโดยอัลตราโซนิกรักษาแกรฟีนออกไซด์

โอ้ et al, (2010) ได้แสดงให้เห็นเส้นทางการเตรียมความพร้อมโดยใช้การฉายรังสีอัลตราโซนิกในการผลิตกราฟีนออกไซด์ (GO) ชั้น ดังนั้นพวกเขาระงับยี่สิบห้ามิลลิกรัมของผง graphene ออกไซด์ใน 200 มิลลิลิตรของน้ำแตกตัวเป็นไอออน de- โดยพวกเขาตื่นเต้นที่ได้รับการระงับน้ำตาล inhomogeneous แขวนลอยส่งผลให้ถูก sonicated (30 นาที 1.3 × 105J) และหลังจากการอบแห้ง (ที่ 373 K) ออกไซด์ graphene รับการรักษา ultrasonically ถูกผลิต สเปกโทรสโก FTIR แสดงให้เห็นว่าการรักษาอัลตราโซนิกไม่ได้เปลี่ยนกลุ่มการทำงานของกราฟีนออกไซด์

รูปที่ 2:. ภาพ SEM ของ nanosheets graphene ได้รับโดย ultrasonication (โอ้ et al, 2010).

Functionalization แผ่นแกรฟีน

เสี่ยวและ Suslick (2011) อธิบายวิธีการขั้นตอนหนึ่งที่สะดวกสำหรับการเตรียมความพร้อมของสไตรีนฟังก์ชันราไฟท์ ในการศึกษาของพวกเขาที่พวกเขาใช้เกล็ดกราไฟท์และสไตรีนเป็นวัตถุดิบขั้นพื้นฐาน โดย sonicating สะเก็ดไฟท์ในสไตรีน (โมโนเมอร์ปฏิกิริยา), การฉายรังสีอัลตราซาวนด์ผลในการผลัดเซลล์ผิว mechanochemical ของสะเก็ดไฟท์เข้าไปในชั้นเดียวและแผ่นกราฟีนไม่กี่ชั้น พร้อมกันฟังก์ชันแผ่นกราฟีนที่มีโซ่สไตรีนที่ได้รับการประสบความสำเร็จ
กระบวนการเดียวกันของฟังก์ชันสามารถดำเนินการกับโมโนเมอร์ไวนิลอื่น ๆ สำหรับคอมโพสิตบนพื้นฐานของกราฟีน

การเตรียม nanoribbons

กลุ่มวิจัยของ Hongjie Dai และเพื่อนร่วมงานของเขาจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดพบเทคนิคในการเตรียมความพร้อม nanoribbons. ริบบิ้นกราฟีนเป็นแถบบางๆของ graphene ที่อาจมีลักษณะที่มีประโยชน์มากยิ่งกว่าแผ่น graphene. ที่ความกว้างประมาณ 10 nm หรือเล็กกว่า, ลักษณะการทำงานริบบิ้นกราฟีนจะคล้ายกับเซมิคอนดักเตอร์เป็นอิเล็กตรอนถูกบังคับให้ย้ายตามยาว ดังนั้นจึงอาจจะน่าสนใจที่จะใช้ nanoribbons กับฟังก์ชั่นเซมิคอนดักเตอร์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่นสำหรับที่มีขนาดเล็ก, เร็วกว่าชิปคอมพิวเตอร์)
ไดเอตอัล การจัดทำฐาน graphene nanoribbons ในสองขั้นตอนแรกพวกเขาคลายชั้นของกราฟีนจากกราไฟท์โดยการรักษาความร้อนของ1000ºCเป็นเวลาหนึ่งนาทีใน 3% ไฮโดรเจนก๊าซอาร์กอน จากนั้นกราฟีนนั้นก็แตกเป็นเส้นใช้ ultrasonication nanoribbons ที่ได้จากเทคนิคนี้มีความโดดเด่นมากโดย ‘เรียบเนียน’ ขอบกว่าที่ทำโดยวิธีการพิมพ์หินธรรมดา (Jiao et al. 2009)

การจัดทำคาร์บอน Nanoscrolls

Nanoscrolls คาร์บอนมีความคล้ายคลึงกับหลายผนังท่อนาโนคาร์บอน ความแตกต่างให้ MWCNTs คือเคล็ดลับการเปิดและการเข้าถึงเต็มรูปแบบของพื้นผิวด้านในเพื่อโมเลกุลอื่น ๆ พวกเขาสามารถสังเคราะห์ทางเคมีเปียกโดย intercalating กราไฟท์ที่มีโพแทสเซียมเยาว์ในน้ำและ sonicating ระงับคอลลอยด์ (cf Viculis et al. 2003) เดอะ ultrasonication ช่วยเลื่อนขึ้นของ monolayers graphene เข้า nanoscrolls คาร์บอน (ดูรูปที่. 3) ประสิทธิภาพการแปลงสูงของ 80% ได้รับความสำเร็จที่ทำให้การผลิตของ nanoscrolls ที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์

การสังเคราะห์อัลตราโซนิกคาร์บอน Nanoscrolls (Viculis et al, 2003.) รูปที่ 3

แกรฟีน Dispersions

เกรดการกระจายตัวของ graphene และ graphene ออกไซด์เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะใช้ศักยภาพเต็มรูปแบบของ graphene กับลักษณะเฉพาะ ถ้ากราฟีนไม่ได้แยกย้ายกันภายใต้เงื่อนไขการควบคุมการแพร่กระจายของการกระจาย graphene สามารถนำไปสู่พฤติกรรมที่คาดเดาไม่ได้หรือไม่เหมาะสมเมื่อมันถูกรวมเข้าไปในอุปกรณ์เนื่องจากคุณสมบัติของ graphene แตกต่างกันเป็นฟังก์ชั่นของโครงสร้าง พารามิเตอร์ Sonication เป็นการรักษาที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าจะทำให้กองกำลัง interlayer อ่อนแอและช่วยให้สามารถควบคุมพารามิเตอร์การประมวลผลที่สำคัญได้อย่างถูกต้อง
“สำหรับกราฟีนออกไซด์ (GO) ซึ่ง exfoliated มักจะเป็นแผ่นชั้นเดียวซึ่งเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ polydispersity หลักเกิดจากการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่ด้านข้างของเกล็ด มันแสดงให้เห็นว่าขนาดเฉลี่ยของด้านข้าง GO สามารถเปลี่ยนจาก 400 นาโนเมตรถึง 20 ไมครอนโดยการเปลี่ยนวัสดุกราไฟท์เริ่มต้นและเงื่อนไข sonication ได้.” (สีเขียว et al. 2010)
ล้ำ กระจาย ของกราฟีนผลใน slurries ดีและแม้กระทั่งคอลลอยด์ได้แสดงให้เห็นในการศึกษาอื่น ๆ (หลิว et al. 2011 / เด็ก et al. 2011 / Choi et al. 2010)
Zhang et al, (2010) แสดงให้เห็นว่าโดยการใช้ ultrasonication การกระจายตัวของกราฟีนที่มั่นคงกับความเข้มข้นสูงของ 1 มิลลิกรัม· ML-1 และแผ่นกราฟีนที่ค่อนข้างบริสุทธิ์จะประสบความสำเร็จและแผ่นกราฟีนเป็นเตรียมจัดแสดงการนำไฟฟ้าสูงของ 712 S · ม.^-1. ผลของอินฟราเรดสเปกตรัมฟูริเยร์เปลี่ยนและการตรวจสเปกตรัมรามันชี้ให้เห็นว่าวิธีการเตรียมอัลตราโซนิกมีความเสียหายน้อยกว่าสารเคมีและคริสตัลโครงสร้างของกราฟีน

Ultrasonicators ประสิทธิภาพสูง

สำหรับการผลิตที่มีคุณภาพสูง graphene นาโนแผ่นที่เชื่อถือได้อุปกรณ์อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพสูงที่จำเป็น แอมพลิจูด, ความดันและอุณหภูมิเป็นพารามิเตอร์ที่จำเป็นซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสำเนาและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกัน Hielscher Ultrasonics’ โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพและสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำซึ่งอนุญาตให้มีการตั้งค่าที่แน่นอนของพารามิเตอร์กระบวนการและการส่งออกอัลตราซาวนด์พลังงานสูงอย่างต่อเนื่อง Hielscher Ultrasonics’ โปรเซสเซอร์ล้ำอุตสาหกรรมสามารถส่งมอบช่วงกว้างของคลื่นสูงมาก ความกว้างของคลื่นสูงสุด๒๐๐μ m สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องในการดำเนินงาน24/7 สำหรับช่วงกว้างของคลื่นที่สูงขึ้นที่มีการปรับแต่ง sonotrodes อัลตราโซนิกที่มีอยู่ ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้การดำเนินงาน24/7 ที่หนักและในสภาพแวดล้อมที่เรียกร้อง
ลูกค้าของเรามีความพึงพอใจในความทนทานที่โดดเด่นและความน่าเชื่อถือของ Hielscher ระบบอัลตราโซนิก การติดตั้งในสาขาของการใช้งานหนักที่เรียกร้องสภาพแวดล้อมและการดำเนินการ24/7 การทำให้แน่ใจว่าการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพและประหยัด การเพิ่มความเข้มของกระบวนการอัลตราโซนิกช่วยลดเวลาในการประมวลผลและให้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นเช่นคุณภาพที่สูงขึ้นอัตราผลตอบแทนที่สูงขึ้นผลิตภัณฑ์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่
ตารางด้านล่างนี้จะช่วยให้คุณมีข้อบ่งชี้ของความจุในการประมวลผลโดยประมาณของ ultrasonicators ของเรา: