การขัดผิวกราฟีนสูตรน้ํา

การขัดผิวด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถผลิตกราฟีนไม่กี่ชั้นโดยไม่ต้องใช้ตัวทําละลายที่รุนแรงโดยใช้น้ําบริสุทธิ์เท่านั้น การ sonication กําลังสูงจะหลุดลอกแผ่นกราฟีนภายในการรักษาสั้น ๆ การหลีกเลี่ยงตัวทําละลายทําให้การขัดผิวกราฟีนเป็นกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน

การผลิตกราฟีนผ่านการขัดผิวแบบของเหลว

กราฟีนผลิตในเชิงพาณิชย์ผ่านสิ่งที่เรียกว่าการขัดผิวแบบของเหลว การขัดผิวกราฟีนในเฟสของเหลวต้องใช้ตัวทําละลายที่เป็นพิษเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและมีราคาแพงซึ่งใช้เป็นการปรับสภาพทางเคมีหรือร่วมกับ / กับเทคนิคการกระจายตัวทางกล สําหรับการกระจายตัวทางกลของแผ่นกราฟีนอัลตราโซนิกได้รับการจัดตั้งขึ้นเป็นเทคนิคที่มีความน่าเชื่อถือมีประสิทธิภาพและปลอดภัยในการผลิตแผ่นกราฟีนคุณภาพสูงในปริมาณมากในระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ เนื่องจากการใช้ตัวทําละลายที่รุนแรงมักมาพร้อมกับค่าใช้จ่ายการปนเปื้อนการกําจัดและการกําจัดที่ซับซ้อนข้อกังวลด้านความปลอดภัยตลอดจนภาระต่อสิ่งแวดล้อมทางเลือกที่ปลอดสารพิษและปลอดภัยกว่าจึงเป็นประโยชน์อย่างมาก การขัดผิวกราฟีนโดยใช้น้ําเป็นตัวทําละลายและอัลตราซาวนด์พลังงานสําหรับการหลุดลอกทางกลของแผ่นกราฟีนไม่กี่ชั้นจึงเป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มสูงสําหรับการผลิตกราฟีนสีเขียว
ตัวทําละลายทั่วไปซึ่งมักใช้เป็นเฟสของเหลวในการกระจายแผ่นนาโนกราฟีน ได้แก่ ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahydrofuran (THF), โพรพิลีนคาร์บอเนตอะซิโตน (PC), เอทานอล และฟอร์มไมด์
ในฐานะที่เป็นเทคนิคที่จัดตั้งขึ้นมาเป็นเวลานานสําหรับการขัดผิวกราฟีนในระดับเชิงพาณิชย์อัลตราโซนิกช่วยให้สามารถผลิตกราฟีนที่มีความบริสุทธิ์สูงด้วยต้นทุนต่ํา เนื่องจากการขัดผิวกราฟีนอัลตราโซนิกสามารถปรับขนาดเชิงเส้นได้อย่างสมบูรณ์เป็นปริมาตรใด ๆ ผลผลิตของเกล็ดกราฟีนคุณภาพสูงจึงสามารถนําไปใช้ได้อย่างง่ายดายสําหรับการผลิตกราฟีนจํานวนมาก

การขัดผิวอัลตราโซนิกของกราฟีนในน้ํา

Tyurnina et al. (2020) ตรวจสอบผลกระทบของแอมพลิจูดและความเข้มของโซนิเคชั่นต่อสารละลายกราไฟท์น้ําบริสุทธิ์และการขัดผิวกราฟีนที่เกิดขึ้น ในการศึกษาพวกเขาใช้ Hielscher UP200S (200W, 24kHz) การขัดผิวด้วยอัลตราโซนิกโดยใช้น้ําถูกนําไปใช้เป็นขั้นตอนเดียวสําหรับการหลุดลอกกราฟีนไม่กี่ชั้น การรักษาสั้น ๆ 2 ชั่วโมงก็เพียงพอที่จะผลิตกราฟีนไม่กี่ชั้นในการตั้งค่าการ sonication บีกเกอร์แบบเปิด

ลําดับความเร็วสูง (จาก a ถึง f) ของเฟรมที่แสดงให้เห็นถึงการขัดผิวแบบกลไกของเกล็ดกราไฟท์ในน้ํา ใช้ UP200s เครื่องอัลตราโซนิก 24 kHz พร้อมโซโนทรอด 3 มม. ลูกศรแสดงตําแหน่งของการแยก (การขัดผิว) โดยมีฟองอากาศที่แทรกซึมเข้าไปในการแยก
© Tyurnina และคณะ, 2020

การเพิ่มประสิทธิภาพของการขัดผิวกราฟีนอัลตราโซนิก

การตั้งค่าอัลตราโซนิกที่ใช้โดย Tyurnina et al. (2020) สามารถปรับให้เหมาะสมได้อย่างง่ายดายเพื่อประสิทธิภาพที่มากขึ้นและการขัดผิวที่เร็วขึ้นโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกแบบปิดในโหมดการไหลผ่าน การรักษาแบบอินไลน์ด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถรักษาอัลตราโซนิกที่สม่ําเสมอมากขึ้นอย่างมีนัยสําคัญของวัตถุดิบกราไฟท์ทั้งหมด: การป้อนสารละลายกราไฟท์ / น้ําโดยตรงในพื้นที่ จํากัด ของโพรงอากาศอัลตราโซนิกกราไฟท์ทั้งหมดจะกลายเป็น sonicated อย่างสม่ําเสมอส่งผลให้ได้ผลผลิตสูงของเกล็ดกราฟีนคุณภาพสูง
ระบบอัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้สามารถควบคุมพารามิเตอร์การประมวลผลที่สําคัญทั้งหมดได้อย่างแม่นยําเช่นแอมพลิจูดเวลา / การเก็บรักษาพลังงานอินพุต (Ws / mL) ความดันและอุณหภูมิ การตั้งค่าพารามิเตอร์อัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดส่งผลให้ผลผลิตคุณภาพและประสิทธิภาพโดยรวมสูงสุด

Ultrasonication ส่งเสริมการขัดผิวกราฟีนอย่างไร

เมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์กําลังสูงถูกควบคู่เข้ากับสารละลายของผงกราไฟท์และน้ําหรือตัวทําละลายใด ๆ แรงโซโนมากลเช่นแรงเฉือนสูงความปั่นป่วนที่รุนแรงและความแตกต่างของความดันและอุณหภูมิสูงจะสร้างสภาวะที่ต้องใช้พลังงานสูง สภาวะที่มีพลังงานสูงเหล่านี้เป็นผลมาจากปรากฏการณ์โพรงอากาศอะคูสติก
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับโพรงอากาศอัลตราโซนิกที่นี่!
อัลตราซาวนด์กําลังจะเริ่มการขยายตัวของผงกราไฟท์เนื่องจากของเหลวถูกกดระหว่างชั้นกราฟีนซึ่งประกอบด้วยกราไฟท์ แรงเฉือนอัลตราโซนิกจะแยกแผ่นกราฟีนแผ่นเดียวและกระจายตัวเป็นเกล็ดกราฟีนในสารละลาย เพื่อให้ได้ความเสถียรในระยะยาวของกราฟีนในน้ํา จําเป็นต้องมีสารลดแรงตึงผิว

เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการขัดผิวกราฟีน

คุณสมบัติอันชาญฉลาดของเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ได้รับการออกแบบมาเพื่อรับประกันการทํางานที่เชื่อถือได้ผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้และเป็นมิตรกับผู้ใช้ การตั้งค่าการทํางานสามารถเข้าถึงและโทรออกได้อย่างง่ายดายผ่านเมนูที่ใช้งานง่าย ซึ่งสามารถเข้าถึงได้ผ่านหน้าจอสัมผัสสีดิจิตอลและรีโมทคอนโทรลของเบราว์เซอร์ ดังนั้นเงื่อนไขการประมวลผลทั้งหมดเช่นพลังงานสุทธิพลังงานรวมแอมพลิจูดเวลาความดันและอุณหภูมิจะถูกบันทึกโดยอัตโนมัติในการ์ด SD ในตัว สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถแก้ไขและเปรียบเทียบการขัดผิวก่อนหน้านี้และเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการขัดผิวกราฟีนให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
ระบบอัลตราโซนิกของ Hielscher ถูกนํามาใช้ทั่วโลกสําหรับการผลิตแผ่นกราฟีนคุณภาพสูงและกราฟีนออกไซด์ เครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรม Hielscher สามารถเรียกใช้แอมพลิจูดสูงได้อย่างง่ายดายในการทํางานต่อเนื่อง (24/7/365) แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถสร้างได้อย่างง่ายดายอย่างต่อเนื่องด้วย sonotrodes มาตรฐาน (โพรบอัลตราโซนิก / แตรและ แคสแคทรอเดส^{ทีเอ็ม}). สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes อัลตราโซนิกแบบกําหนดเอง เนื่องจากความทนทานและการบํารุงรักษาต่ําระบบขัดผิวอัลตราโซนิกของเราจึงได้รับการติดตั้งโดยทั่วไปสําหรับการใช้งานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง

โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher สําหรับการขัดผิวกราฟีนได้รับการติดตั้งทั่วโลกแล้วในระดับเชิงพาณิชย์ ติดต่อเราตอนนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับกระบวนการผลิตกราฟีนของคุณ! พนักงานที่มีประสบการณ์ของเรายินดีที่จะแบ่งปันข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการขัดผิวระบบอัลตราโซนิกและราคา!