อัลตราโซนิกการผลิตแกรฟีน
การสังเคราะห์อัลตราโซนิกของ graphene ผ่านการขัดแกรไฟต์เป็นวิธีที่เชื่อถือได้และเป็นประโยชน์มากที่สุดในการผลิตแผ่น graphene คุณภาพสูงในระดับอุตสาหกรรม Hielscher ของโปรเซสเซอร์ล้ำประสิทธิภาพสูงมีการควบคุมได้อย่างแม่นยำและสามารถสร้างช่วงกว้างของคลื่นที่สูงมากในการดำเนินงาน24/7 นี้จะช่วยให้การเตรียมความพร้อมปริมาณสูงของกราฟีนที่เก่าแก่ใน facile และขนาดที่สามารถควบคุมได้
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)
UIP2000hdT – ultrasonicator ที่มีประสิทธิภาพ2kW สำหรับ graphene ขัด
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).
UIP4000hdT – ultrasonicator กำลังไฟสูง4กิโลวัตต์
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:
| ปริมาณชุด | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 00.5 เพื่อ 1.5ml | N.A. | VialTweeter |
| 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000ml | 20 ถึง 400ml / นาที | Uf200 ःที, UP400St |
| 00.1 เพื่อ 20L | 00.2 เพื่อ 4L / นาที | UIP2000hdT |
| 10 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 100L / นาที | UIP16000 |
| N.A. | ที่มีขนาดใหญ่ | กลุ่มของ UIP16000 |
ช่วย ultrasonically เตรียมความพร้อมของกราฟีน
อัลตราโซนิกพลังงานสูงจากห้องปฏิบัติการเพื่อนำร่องและระดับอุตสาหกรรม
วรรณคดี / อ้างอิง
- อาดัม เค บัดเนียก, เนียล เอ คิลลีลา, ไซมอน เจ เซลเลวสกี, ไมไคโล ไซท์นิก, ยารอน คัฟมันน์, ยารอน อโมยอล, โรเบิร์ต คูดราเวียค, โวล์ฟกัง ไฮส์, เอฟรัท ลิฟชิทซ์ (2020): CrPS ขัดผิว4 ด้วยแนวโน้มการถ่าย. เล่มที่ 16, ฉบับที่1. วันที่ 9 มกราคม 2563
- An, X .; ซิมมอนส์, T .; ชาห์ R .; วูล์ฟ, C .; ลูอิสเค M .; วอชิงตัน M .; ยักเอส K .; Talapatra, S .; Kar, S. (2010): Stable Dispersions น้ำของ Noncovalently ฟังก์ชันแกรฟีนจากกราไฟท์และการประยุกต์ใช้มัลติฟังก์ชั่ประสิทธิภาพสูงของพวกเขา นาโนจดหมาย 10/2010 PP. 4295-4301
- เด็กอ่อน, T. Th .; Ramaprabhu, S. (2011): การพาความร้อนที่เพิ่มขึ้นการถ่ายเทความร้อนโดยใช้ graphene แยกย้ายกัน nanofluids นาโนจดหมายวิจัย 6: 289 2011
- แบงเจ H .; Suslick, เคเอส (2010): การประยุกต์ใช้อัลตราซาวด์เพื่อการสังเคราะห์วัสดุอิเล็กทรอนิคส์ วัสดุขั้นสูง 22/2010 PP. 1039-1059
- ชอยอี Y .; ฮันตัน H .; ฮ่องกง, J .; คิมเจ E .; ลีเอสเอช .; คิมเอช W .; คิมเอสโอ (2010): ฟังก์ชัน noncovalent ของกราฟีนกับพอลิเมอสิ้นสุดการทำงาน วารสารเคมีวัสดุ 20/2010 PP. 1907-1912
- Geim, เอเค (2009): แกรฟีน: สถานะและอนาคต วิทยาศาสตร์ 324/2009 PP. 1530-1534 http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
- กรีนเอ .; Hersam เอ็มซี (2010): วิธีการที่เกิดขึ้นใหม่สำหรับการผลิต Monodisperse แกรฟีน Dispersions วารสารทางกายภาพเคมีจดหมาย 2010 ได้ pp. 544-549
- Guo, J .; Zhu, S .; เฉิน Z .; Li, Y .; ยู Z .; หลิว Z .; หลิว Q .; Li, J .; ฮ, C .; Zhang, D. (2011): การสังเคราะห์ Sonochemical ของ TiO (2 อนุภาคนาโนในกราฟีนเพื่อใช้เป็น photocatalyst
- ฮะซันเคยู; Sandberg เอ็มโอ .; นูโอ .; Willander, M. (2011): การรักษาเสถียรภาพพอลิแขวนลอยของกราฟีน นาโนจดหมายวิจัย 6: 493 2011
- หลิว X .; แพน, L .; เลเวล, T .; จู้ G .; Lu, T .; Sun, Z .; Sun, C. (2011): การสังเคราะห์ไมโครเวฟช่วยของ TiO2-ลดลงคอมโพสิต graphene ออกไซด์สำหรับการลดปฏิกิริยาของโครเมียม (VI) RSC ก้าวหน้า 2011
- Malig เจ .; Englert เจ M .; เฮิร์ช, A .; Guldi, D. เอ็ม (2011): เคมีเปียกของแกรฟีน แบบไฟฟ้าสังคมการเชื่อมต่อของฤดูใบไม้ผลิปี 2011 ได้ pp. 53-56
- โอ้ว Ch .; เฉิน, M. L .; จาง K .; Zhang เอฟเจ .; จังดับบลิวเค (2010): ผลของความร้อนและอัลตราโซนิกการรักษาเกี่ยวกับการก่อตัวของแกรฟีน Nanosheets-ออกไซด์ วารสารของเกาหลีทางกายภาพสังคม 4/56 2010 ได้ pp. 1097-1102
- Sametband, M .; Shimanovich, U .; Gedanken, A. (2012): microspheres ออกไซด์แกรฟีนที่จัดทำโดยง่ายวิธีการ ultrasonication ขั้นตอนเดียว วารสารใหม่เคมี 36/2012 ได้ pp. 36-39
- Savoskin เอ็มวี .; Mochalin วี N .; Yaroshenko, A. P .; Lazareva เอ็นผม .; Konstanitinova ต E .; Baruskov, I. V .; Prokofiev, I. G. (2007): nanoscrolls คาร์บอนผลิตจากใบเสร็จประเภทสารเสพราไฟท์ คาร์บอน 45/2007 PP. 2797-2800
- Stankovich, S .; Dikin, D. .; Piner หม่อมราชวงศ์ D .; Kohlhaas พ .; Kleinhammes, A .; เจี่ย, Y .; วู, Y .; เหงียนเอส T .; Ruoff, อาร์เอส (2007): การสังเคราะห์กราฟีน nanosheets ผ่านทางลดลงทางเคมีของ exfoliated ออกไซด์กราไฟท์ คาร์บอน 45/2007 PP. 1558-1565
- Stengl, V .; Popelková, D .; Vlácil, P. (2011): TiO2-แกรฟีนนาโนคอมโพสิตโฟโตคะสมรรถนะสูง ใน: วารสารทางกายภาพเคมี C 115/2011 PP. 25209-25218
- Suslick, เคเอส (1998): Kirk-Othmer สารานุกรมของเทคโนโลยีทางเคมี; 4 เอ็ด เจไวลีย์ & Sons: นิวยอร์ก, ปี 1998 ฉบับ 26, PP. 517-541
- Viculis, L. M .; แม็คเจ J .; Kaner อาร์บี (2003): เส้นทางเคมีคาร์บอน Nanoscrolls วิทยาศาสตร์ 299/1361; 2003
- เสี่ยว H .; Suslick, เคเอส (2011): Sonochemical เตรียมฟังก์ชัน Graphenes ใน: วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน 133/2011 PP. 9148-9151
- จาง W .; เขา W .; จิงเอ็กซ์ (2010): การเตรียมของแกรฟีนมีเสถียรภาพการกระจายตัวที่มีความเข้มข้นสูงโดยอัลตราซาวด์ วารสารเคมีเชิงฟิสิกส์ B 32/114 2010 PP. 10368-10373
- เจียว, L .; Zhang, L .; วัง X .; Diankov จี .; ไดเอช (2009): nanoribbons graphene แคบจากท่อนาโนคาร์บอน ธรรมชาติ 458/2009 ได้ pp. 877-880
- ปาร์คจี .; ลีเคจี .; ลีเอสเจ .; Park, T. J .; Wi วิจัย .; คิมดีเอช (2011): การสังเคราะห์แกรฟีนทอง nanocomposites ผ่าน Sonochemical ลด วารสารวิทยาศาสตร์นาโนและนาโนเทคโนโลยี 7/11 2011 ได้ pp. 6095-6101
- จาง, R.Q.; De Sakar, A. (๒๐๑๑): การศึกษาทฤษฎีการก่อตัว, การปรับแต่งทรัพย์สินและดูดซับของกลุ่มแกรฟีน. ใน: M. เซอร์ (ed): ฟิสิกส์และการประยุกต์ใช้แกรฟีน–ทฤษฎี. InTech ๒๐๑๑ 3-28
ข้อเท็จจริงที่รู้
แกรฟีนคืออะไร?
กราไฟท์ประกอบด้วยสองแผ่นมิติของการติดตั้ง SP2 ไฮบริดจัด hexagonally อะตอมคาร์บอน - เดอะกราฟีน - ที่ซ้อนกันเป็นประจำ แผ่นอะตอมบางกราฟีนซึ่งรูปแบบกราไฟท์โดยปฏิสัมพันธ์ไม่ใช่พันธะที่โดดเด่นด้วยพื้นที่ผิวขนาดใหญ่มาก แกรฟีนแสดงให้เห็นถึงพลังและความแน่นพร้อมระดับฐานของมันที่มาถึงที่มีประมาณ 1020 จีพีเกือบค่าความแข็งแรงของเพชร
แกรฟีนเป็นองค์ประกอบโครงสร้างพื้นฐานของ allotropes บางรวมทั้งนอกเหนือจากกราไฟท์ยังท่อนาโนคาร์บอนและฟูลเลอรี ใช้เป็นสารเติมแต่ง graphene อย่างมากสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการไฟฟ้าทางกายภาพทางกลและคุณสมบัติอุปสรรคของคอมโพสิตลิเมอร์ที่แรงต่ำมาก (เสี่ยว Suslick 2011)
โดยคุณสมบัติของมัน, กราฟีนเป็นวัสดุของซูเปอร์นิยมและจึงมีแนวโน้มสำหรับอุตสาหกรรมที่ผลิตวัสดุผสม, เคลือบหรือไมโครอิเล็กทรอนิกส์. Geim (๒๐๐๙) อธิบายกราฟีนเป็นเนื้อวัสดุที่มีความกระชับในย่อหน้าต่อไปนี้:
"มันเป็นวัสดุที่บางที่สุดในจักรวาลและแข็งแกร่งที่เคยวัด ผู้ให้บริการที่จัดแสดงการเคลื่อนไหวที่แท้จริงของยักษ์มีมวลที่มีประสิทธิภาพเล็กที่สุด (มันเป็นศูนย์) และสามารถเดินทางในระยะไกลไมโครเมตรโดยไม่ต้องกระจัดกระจายที่อุณหภูมิห้อง แกรฟีนสามารถรักษาความหนาแน่นในปัจจุบัน6คำสั่งที่สูงกว่าทองแดงแสดงให้เห็นความร้อนของบันทึกการนำไฟฟ้าและการแข็งตัวจะถูกปล่อยก๊าซและจะกระทบคุณสมบัติที่ขัดแย้งดังกล่าวเป็นเปราะและความเหนียว การขนส่งอิเล็กตรอนใน graphene ได้รับการอธิบายโดยสมการแบบ Dirac เช่นซึ่งจะช่วยให้การสอบสวนปรากฏการณ์ควอนตัมในการทดสอบด้านบนม้านั่ง "
เนื่องจากลักษณะเหล่านี้วัสดุที่โดดเด่นของกราฟีนเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีแนวโน้มมากที่สุดและยืนอยู่ในจุดสำคัญของการวิจัยวัสดุนาโน
การใช้งานที่มีศักยภาพสำหรับ Graphene
การใช้งานทางชีวภาพ: ตัวอย่างสำหรับการจัดเตรียม graphene ล้ำและการใช้งานทางชีวภาพจะได้รับในการศึกษา "สังเคราะห์แกรฟีน-ทองนาโนคอมโพสิตผ่าน Sonochemical ลด" โดย Park et al. (๒๐๑๑), ที่นาโนคอมโพสิตจากการลดลงแกรฟีนออกไซด์ -ทอง (Au) อนุภาคนาโนถูกสังเคราะห์โดยพร้อมกันลดไอออนทองและฝากอนุภาคนาโนทองบนพื้นผิวของกราฟีนออกไซด์ที่ลดลงพร้อมกัน เพื่อความสะดวกในการลดไอออนทองและการสร้างฟังก์ชันออกซิเจนสำหรับยึดอนุภาคนาโนทองบนกราฟีนลดลง, การฉายรังสีอัลตราซาวนด์ถูกนำไปใช้กับส่วนผสมของสารตั้งต้น การผลิตของทองผูก-เปปไทด์แก้ไขโมเลกุลชีวภาพแสดงศักยภาพของการฉายรังสีอัลตราโซนิกของกราฟีนและ graphene คอมโพสิต. ดังนั้นอัลตราซาวนด์ดูเหมือนว่าจะเป็นเครื่องมือที่เหมาะสมเพื่อเตรียมโมเลกุลชีวภาพอื่นๆ
เครื่องใช้ไฟฟ้า: แกรฟีนเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับภาคอิเล็กทรอนิกส์ โดยความคล่องตัวสูงของผู้ให้บริการค่าใช้จ่ายภายในตาราง graphene ของกราฟีนเป็นที่น่าสนใจมากที่สุดสำหรับการพัฒนาของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อย่างรวดเร็วในความถี่ที่ใช้เทคโนโลยีสูง
เซนเซอร์ที่: graphene exfoliated ultrasonically สามารถนำมาใช้สำหรับการผลิตของเซ็นเซอร์การนำไฟฟ้ามีความไวสูงและเลือก (ที่มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว >10 000% ในไอเอทานอลอิ่มตัว) และ Ultracapacitors มีความจุสูงมากโดยเฉพาะ (120 F / g) ความหนาแน่นของพลังงาน (105 กิโลวัตต์ / กิโลกรัม) และความหนาแน่นของพลังงาน (9.2 Wh / kg) (เป็น et al. 2010)
ดื่มแอลกอฮอล์: สำหรับการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์: การประยุกต์ใช้ด้านอาจจะมีการใช้งานของกราฟีนในการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ที่มีเยื่อ graphene สามารถใช้ในการกลั่นเครื่องดื่มแอลกอฮอล์และจะทำให้เครื่องดื่มแอลกอฮอล์จึงแข็งแกร่ง
ในฐานะที่แข็งแกร่งที่สุดนำไฟฟ้าและเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและมีความยืดหยุ่นมากที่สุดกราฟีนเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ปฏิกิริยาแสดงความโปร่งใสและ emissive, resonators จิ๋วทรานซิสเตอร์เป็นแคโทดในแบตเตอรี่ลิเธียมอากาศสำหรับเครื่องตรวจจับสารเคมี ultrasensitive เคลือบนำไฟฟ้าเช่นเดียวกับการใช้เป็นสารเติมแต่งในสารประกอบ
หลักการทำงานของอัลตราซาวนด์พลังงานสูง
เมื่อของเหลวที่มีความเข้มสูง, คลื่นเสียงที่แพร่กระจายเข้าไปในผลสื่อของเหลวในการสลับความดันสูง (การบีบอัด) และรอบแรงดันต่ำ (rarefaction), ที่มีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่. ในระหว่างวงจรแรงดันต่ำคลื่นอัลตราโซนิกที่มีความเข้มสูงสร้างฟองอากาศสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองบรรลุปริมาณที่พวกเขาไม่สามารถดูดซับพลังงานพวกเขายุบอย่างรุนแรงในระหว่างวงจรแรงดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพรงอากาศ ในระหว่างการระเบิดอุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ 5, 000K) และแรงกดดัน (ประมาณ 2, 000k) จะมาถึงภายในประเทศ ระเบิดของ โพรงอากาศ ฟองยังส่งผลให้ jets เหลวถึง 280m ความเร็ว / s (Suslick 1998) เดอะ cavitation สร้าง ultrasonically ทำให้เกิดผลทางเคมีและทางกายภาพที่สามารถนำมาใช้กับกระบวนการ
Cavitation เหนี่ยวนำให้เกิด sonochemistry มีปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ซ้ำกันระหว่างพลังงานและสำคัญกับจุดร้อนภายในฟอง ~ 5000 K ที่แรงกดดันจาก ~ 1,000 บาร์, เครื่องทำความร้อนและความเย็นอัตรา >1010K S-1; เหล่านี้เป็นพิเศษเข้าถึงเงื่อนไขการอนุญาตในช่วงของพื้นที่ปฏิกิริยาทางเคมีที่ปกติไม่สามารถเข้าถึงซึ่งจะช่วยในการสังเคราะห์ความหลากหลายของวัสดุอิเล็กทรอนิคส์ที่ผิดปกติ (บางบัวทอง 2010)