การขัดผิวแกรฟีนด้วยน้ํา
อัลตราโซนิกขัดผิวช่วยให้การผลิตกราฟีนไม่กี่ชั้นโดยไม่ต้องใช้ตัวทําละลายที่รุนแรงโดยใช้น้ําบริสุทธิ์เท่านั้น พลังงานสูง sonication delaminates แผ่นกราฟีนภายในการรักษาสั้น ๆ การหลีกเลี่ยงตัวทําละลายจะเปลี่ยนการขัดผิวกราฟีนในกระบวนการสีเขียวที่ยั่งยืน
การผลิตกราฟีนผ่านการขัดผิวเฟสของเหลว
แกรฟีนเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในเชิงพาณิชย์ผ่านที่เรียกว่าการขัดผิวเฟสของเหลว. การขัดผิวเฟสของเหลวของกราฟีนต้องใช้ตัวทําละลายที่เป็นพิษเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและมีราคาแพงซึ่งใช้เป็นสารเคมีก่อนการรักษาหรือร่วมกับ / ด้วยเทคนิคการกระจายตัวทางกล สําหรับการกระจายตัวเชิงกลของแผ่นกราฟีน ultrasonication ได้รับการจัดตั้งขึ้นเป็นเทคนิคที่เชื่อถือได้สูงมีประสิทธิภาพและปลอดภัยในการผลิตแผ่นกราฟีนที่มีคุณภาพสูงในปริมาณมากในระดับอุตสาหกรรมอย่างเต็มที่ เนื่องจากการใช้ตัวทําละลายที่รุนแรงมักจะมาพร้อมกับค่าใช้จ่ายการปนเปื้อนการกําจัดและการกําจัดที่ซับซ้อนความกังวลด้านความปลอดภัยรวมถึงภาระด้านสิ่งแวดล้อมทางเลือกที่ปลอดสารพิษและปลอดภัยกว่าจึงเป็นประโยชน์อย่างมีนัยสําคัญ การขัดผิวแกรฟีนโดยใช้น้ําเป็นตัวทําละลายและอัลตราซาวนด์พลังงานสําหรับ delamination เชิงกลของแผ่นกราฟีนไม่กี่ชั้นจึงเป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มสูงสําหรับการผลิตกราฟีนสีเขียว
ตัวทําละลายทั่วไปซึ่งมักใช้เป็นเฟสของเหลวเพื่อกระจายกราฟีนนาโนชีตได้แก่ Dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Tetramethylurea (TMU), Tetrahydrofuran (THF), โพรพิลีนคาร์บอเนต (PC), เอทานอลและฟอร์มาไมด์
เป็นเทคนิคที่จัดตั้งขึ้นในระยะยาวแล้วสําหรับการขัดผิวกราฟีนในระดับเชิงพาณิชย์ ultrasonication ช่วยให้การผลิตกราฟีนที่มีคุณภาพสูงของความบริสุทธิ์สูงในราคาที่ต่ํา ในฐานะที่เป็นอัลตราโซนิก graphene ขัดผิวสามารถปรับขนาดเชิงเส้นอย่างสมบูรณ์กับปริมาณใด ๆ ผลผลิตของเกล็ดกราฟีนที่มีคุณภาพสูงสามารถนํามาใช้ได้อย่างง่ายดายสําหรับการผลิตมวลของกราฟีน

การ UIP2000hdT เป็น 2kW กระจายอัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพสําหรับการขัดผิวกราฟีนและการกระจายตัว
อัลตราโซนิกขัดผิวของกราฟีนในน้ํา
Tyurnina et al. (2020) ตรวจสอบผลกระทบของความกว้างและความเข้มของ sonication ในสารละลายกราไฟท์น้ําบริสุทธิ์และการขัดผิวแกรฟีนที่เกิดขึ้น ในการศึกษาพวกเขาใช้ Hielscher UP200S (200W, 24kHz). อัลตราโซนิกขัดผิวโดยใช้น้ําถูกนํามาใช้เป็นกระบวนการขั้นตอนเดียวสําหรับไม่กี่ชั้น graphene delamination การรักษาสั้น ๆ ของ 2h ก็เพียงพอที่จะผลิตกราฟีนไม่กี่ชั้นในการตั้งค่า sonication บีกเกอร์เปิด

ลําดับความเร็วสูง (จาก a ถึง f) ของเฟรมที่แสดงให้เห็นถึงการขัดผิวแบบ sono-mechanical ของเกล็ดกราไฟท์ในน้ําโดยใช้ UP200s ซึ่งเป็น ultrasonicator 24 kHz พร้อม sonotrode ขนาด 3 มม. ลูกศรแสดงสถานที่ของการแยก (ขัดผิว) กับฟองโพรงอากาศเจาะแยก
© Tyurnina et al. 2020 (ซีซี บาย-เอ็นซี-เอ็นดี 4.0)
การเพิ่มประสิทธิภาพของการขัดผิวกราฟีนอัลตราโซนิก
การตั้งค่าอัลตราโซนิกที่ใช้โดย Tyurnina et al. (2020) สามารถปรับให้เหมาะสมได้อย่างง่ายดายเพื่อประสิทธิภาพและการขัดผิวได้เร็วขึ้นโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกปิดในโหมดไหลผ่าน การรักษาแบบอินไลน์อัลตราโซนิกช่วยให้การรักษาอัลตราโซนิกสม่ําเสมอมากขึ้นอย่างมีนัยสําคัญของวัตถุดิบกราไฟท์ทั้งหมด: การให้อาหารสารละลายกราไฟท์ / น้ําโดยตรงเข้าไปในพื้นที่ จํากัด ของ cavitation ล้ําเสียงกราไฟท์ทั้งหมดจะกลายเป็น sonicated สม่ําเสมอส่งผลให้ผลผลิตสูงของเกล็ดแกรฟีนที่มีคุณภาพสูง
ระบบ Hielscher Ultrasonics ช่วยให้สามารถควบคุมพารามิเตอร์การประมวลผลที่สําคัญทั้งหมดได้อย่างแม่นยําเช่นความกว้างเวลา / การเก็บรักษาอินพุตพลังงาน (Ws / mL) ความดันและอุณหภูมิ การตั้งค่าพารามิเตอร์อัลตราโซนิกที่เหมาะสมส่งผลให้ผลผลิตสูงสุดคุณภาพและประสิทธิภาพโดยรวม
วิธีการอัลตราโซนิกส่งเสริมการขัดผิวกราฟีน
เมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์พลังงานสูงจะควบคู่ไปกับสารละลายของผงกราไฟท์และน้ําหรือตัวทําละลายใด ๆ กองกําลัง sonomechanical เช่นแรงเฉือนสูงความปั่นป่วนที่รุนแรงและความแตกต่างของความดันและอุณหภูมิสูงสร้างเงื่อนไขพลังงานที่รุนแรง สภาวะที่ใช้พลังงานรุนแรงเหล่านี้เป็นผลมาจากปรากฏการณ์ของการเกิดโพรงอากาศอะคูสติก อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ cavitation ล้ําเสียงที่นี่!
อัลตราซาวนด์พลังงานเริ่มต้นการขยายของผงกราไฟท์เนื่องจากของเหลวจะถูกกดระหว่างชั้นแกรฟีนซึ่งกราไฟท์ประกอบด้วย แรงเฉือนล้ํา delaminate แผ่นเดียวของกราฟีนและกระจายพวกเขาเป็นเกล็ดกราฟีนในการแก้ปัญหา เพื่อให้ได้ความมั่นคงในระยะยาวของกราฟีนในน้ําจําเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิว

กลศาสตร์ของการขัดผิวเฟสของเหลวอัลตราโซนิกของการขัดผิวกราฟีน
การศึกษาและภาพโดย Tyurnina et al., 2021
Ultrasonicators ประสิทธิภาพสูงสําหรับการขัดผิวแกรฟีน
คุณสมบัติสมาร์ทของ Ultrasonicators Hielscher ถูกออกแบบมาเพื่อรับประกันการทํางานที่เชื่อถือได้ผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้และใช้งานง่าย การตั้งค่าการทํางานสามารถเข้าถึงและโทรออกได้อย่างง่ายดายผ่านเมนูที่ใช้งานง่ายซึ่งสามารถเข้าถึงได้ผ่านหน้าจอสัมผัสสีดิจิตอลและรีโมทคอนโทรลของเบราว์เซอร์ ดังนั้นเงื่อนไขการประมวลผลทั้งหมดเช่นพลังงานสุทธิพลังงานรวมความกว้างเวลาความดันและอุณหภูมิจะถูกบันทึกโดยอัตโนมัติในการ์ด SD ในตัว สิ่งนี้ช่วยให้คุณสามารถแก้ไขและเปรียบเทียบการวิ่ง sonication ก่อนหน้านี้และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการขัดผิวกราฟีนให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
ระบบ Hielscher Ultrasonics ใช้ทั่วโลกสําหรับการผลิตแผ่นกราฟีนคุณภาพสูงและแกรฟีนออกไซด์ Ultrasonicators อุตสาหกรรม Hielscher สามารถเรียกใช้แอมพลิจูดสูงในการดําเนินงานอย่างต่อเนื่อง (24/7/365) แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถสร้างได้อย่างง่ายดายด้วย sonotrodes มาตรฐาน (โพรบอัลตราโซนิก / แตรและ cascatrodesTm). สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้น sonotrodes ล้ําเสียงที่กําหนดเองที่มีอยู่ เนื่องจากความทนทานและการบํารุงรักษาต่ําระบบขัดผิวอัลตราโซนิกของเรามีการติดตั้งโดยทั่วไปสําหรับการใช้งานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการ
โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher สําหรับการขัดผิวกราฟีนได้รับการติดตั้งทั่วโลกในระดับเชิงพาณิชย์แล้ว ติดต่อเราตอนนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับกระบวนการผลิตกราฟีนของคุณ! พนักงานที่มีประสบการณ์ของเรายินดีที่จะแบ่งปันข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการขัดผิวระบบอัลตราโซนิกและราคา!
ตารางด้านล่างนี้จะช่วยให้คุณมีข้อบ่งชี้ของความจุในการประมวลผลโดยประมาณของ ultrasonicators ของเรา:
ปริมาณชุด | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
---|---|---|
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 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Unalan I.U., Wan C., Trabattoni S., Piergiovannia L., Farris S. (2015): Polysaccharide-assisted rapid exfoliation of graphite platelets into high quality water-dispersible graphene sheets. RSC Advances 5, 2015. 26482–26490.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
ข้อเท็จจริงที่รู้
แกรฟีน
แกรฟีนเป็น monolayer ของ SP2อะตอมของคาร์บอน -bonded แกรฟีนมีลักษณะวัสดุที่ไม่ซ้ำกันเช่นพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่พิเศษ (2,620 เมตร2ก.-1) คุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่าด้วยโมดูลัสของหนุ่มสาว 1 ตันต่อปีและความแข็งแกร่งที่แท้จริงของจีพี 130 เป็นการนำอิเล็กทรอนิกส์สูงมาก (การเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิห้อง 2.5 × 105 ซม.2 V-1s-1) การนำความร้อนสูงมาก (เหนือ 3000 W ม K-1) เพื่อชื่อคุณสมบัติที่สำคัญที่สุด เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุที่เหนือกว่าของกราฟีนเป็นอย่างมากที่ใช้ในการพัฒนาและการผลิตแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพสูงเซลล์เชื้อเพลิงเซลล์แสงอาทิตย์ supercapacitor, การเก็บรักษาไฮโดรเจนโล่แม่เหล็กไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้กราฟีนรวมอยู่ใน nanocomposites จำนวนมากและเป็นวัสดุคอมโพสิตเสริมเติมแต่งเช่น ในโพลิเมอร์เซรามิกและโลหะการฝึกอบรม เนื่องจากการนำความสูงของกราฟีนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของสีเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและหมึกพิมพ์
อย่างรวดเร็วและปลอดภัย เตรียมอัลตราโซนิกของกราฟีนปราศจากข้อบกพร่อง ในปริมาณมากที่ต้นทุนต่ำจะช่วยให้การขยับขยายการใช้งานของกราฟีนเพื่ออุตสาหกรรมมากขึ้น
แกรฟีนเป็นหนึ่งอะตอม-ชั้นหนาของคาร์บอนซึ่งสามารถอธิบายได้ว่าเป็นโครงสร้างชั้นเดียวหรือ2D ของ graphene (ชั้นเดียว graphene = SLG) แกรฟีนมีพื้นที่ผิวที่เฉพาะเจาะจงขนาดใหญ่และคุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่า (โมดูลัสของเด็ก 1 TPa และความแข็งแรงที่แท้จริงของ๑๓๐ GPa), มีการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี, การเคลื่อนย้ายผู้ให้บริการความโปร่งใสและเป็น สามารถปล่อยก๊าซได้ เนื่องจากลักษณะของวัสดุเหล่านี้, graphene ถูกใช้เป็นเสริมเสริมเพื่อให้คอมโพสิตความแข็งแรง, การนำไฟฟ้า, ฯลฯ. เพื่อที่จะรวมลักษณะของ graphene กับวัสดุอื่นๆ graphene จะต้องมีการแยกย้ายกันเข้าไปในสารหรือถูกนำมาใช้เป็นเคลือบฟิล์มบางๆบนพื้นผิว

อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง! ช่วงผลิตภัณฑ์ของ Hielscher ครอบคลุมสเปกตรัมเต็มรูปแบบจาก ultrasonicator ห้องปฏิบัติการขนาดกะทัดรัดมากกว่าหน่วยม้านั่งด้านบนเพื่อระบบอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ