Grafen nanoplateletler (GNP'ler), sonikatörler kullanılarak yüksek verimlilik ve güvenilirlikle sentezlenebilir ve dağıtılabilir. Yüksek yoğunluklu ultrasonikasyon, grafiti pul pul dökmek ve genellikle grafen nanoplateletleri olarak adlandırılan birkaç katmanlı grafen elde etmek için kullanılır. Sonication ayrıca hem düşük hem de yüksek viskoziteli süspansiyonlarda mükemmel grafen nanoplatelet dağılımı elde etmede mükemmeldir.

Grafen Nanoplatelet İşleme – Sonication ile Üstün Sonuçlar

Grafen nanoplatelet işleme için, prob tipi sonikatörler en verimli, güvenilir ve kullanımı kolay bir araçtır. Ultrasonikasyon, grafen nanoplateletlerin sentezi, dispersiyonu ve işlevselleştirilmesi için uygulanabildiğinden, sonikatörler grafen ile ilgili çok sayıda uygulama için kullanılır:

• Peeling ve Sentez Prob tipi sonikatörler, grafiti birkaç katmanlı grafen veya grafen nanotrombositlerine pul pul dökmek için kullanılır. Yüksek yoğunluklu ultrasonikasyon, ara katman kuvvetlerini bozar ve grafiti daha küçük, bireysel grafen tabakalarına ayırır.
• Dağılım: Grafen nanoplateletlerinin sıvı bir ortamda homojen dağılımının sağlanması, grafen ile ilgili tüm uygulamalar için çok önemlidir. Prob tipi sonikatörler, nanoplateletleri sıvı boyunca eşit olarak dağıtabilir, aglomerasyonu önleyebilir ve kararlı bir süspansiyon sağlayabilir.
• İşlevselleştirme: Sonikasyon, fonksiyonel grupların veya moleküllerin yüzeylerine bağlanmasını teşvik ederek grafen nanoplateletlerin işlevselliğini kolaylaştırır. Bu işlevselleştirme, belirli polimerler veya malzemelerle uyumluluklarını arttırır.

Sonication ile Grafen Nanoplatelet Sentezi

Grafen nanoplateletler ultrasonik destekli grafit pul pul dökülme ile sentezlenebilir. Bu nedenle, bir grafit süspansiyon bir prob tipi ultrasonik homojenizatör kullanılarak sonikleştirilmiştir. Bu prosedür çok düşük (örneğin ağırlıkça %4 veya daha düşük) ila yüksek katı (örneğin ağırlıkça  veya daha yüksek) konsantrasyonlarda test edilmiştir.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Grafen nanotabakalarının elde edilen yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu görüntüleri
ultrasonik yardımlı sulu faz dispersiyonu ve Hummer yöntemi ile.
(Çalışma ve grafik: Ghanem ve Rehim, 2018)

Grafen Levhalar ve Nanoplateletler Arasındaki Fark Nedir?

Grafen levhalar ve grafen nanoplateletleri, altıgen bir kafes içinde düzenlenmiş tek bir karbon atomu tabakası olan grafenden oluşan nanomalzemelerdir. Bazen, grafen levhalar ve grafen nanoplateletleri birbirinin yerine kullanılabilir terimler olarak kullanılır. Ancak bilimsel olarak, bu grafen nanomalzemeler arasında birkaç fark vardır: Grafen tabakaları ve grafen nanoplateletleri arasındaki temel fark, yapılarında ve kalınlıklarında yatmaktadır. Grafen tabakaları tek bir karbon atomu katmanından oluşur ve son derece incedir, grafen nanoplateletleri ise daha kalındır ve birden fazla istiflenmiş grafen katmanından oluşur. Bu yapısal farklılıklar, özelliklerini ve belirli uygulamalar için uygunluklarını etkileyebilir. Prob tipi sonikatörlerin kullanımı, grafen tek katmanlı grafen tabakalarının yanı sıra birkaç katmanlı istiflenmiş grafen nanoplateletlerini sentezlemek, dağıtmak ve işlevselleştirmek için oldukça etkili ve verimli bir tekniktir.

Grafik sonicator UP100H kullanarak grafen nanoplateletlerin ultrasonik sentezini görselleştirme
(Çalışma ve grafik: Ghanem ve Rehim, 2018)

Sonication kullanarak Grafen Nanoplateletlerin Dispersiyonu

Grafen nanoplateletlerin (GSMH) homojen dağılımı, çeşitli uygulamalarda çok önemlidir, çünkü ortaya çıkan malzemelerin veya ürünlerin özelliklerini ve performansını doğrudan etkiler. Bu nedenle, çeşitli endüstrilerde grafen nanoplatelet dispersiyonları için sonikatörler kurulur. Aşağıdaki endüstriler güç-ultrason kullanımı için öne çıkan örneklerdir:
 

• Nano-kompozitler: Grafen nanoplateletler, mekanik, elektriksel ve termal özelliklerini geliştirmek için polimerler gibi çeşitli nanokompozit malzemelere dahil edilebilir. Prob tipi sonikatörler, nanoplateletlerin polimer matrisi içinde eşit şekilde dağılmasına yardımcı olur ve bu da gelişmiş malzeme performansı ile sonuçlanır.
• Elektrotlar ve Piller: Grafen nanoplateletler, piller ve süper kapasitörler için yüksek performanslı elektrotların geliştirilmesinde kullanılır. Sonikasyon, enerji depolama yeteneklerini geliştiren artan yüzey alanına sahip iyi dağılmış grafen bazlı elektrot malzemeleri oluşturmaya yardımcı olur.
• Tezleşim: Sonikasyon, grafen nanoplateletlere dayalı katalitik malzemeler hazırlamak için kullanılabilir. Katalitik nanopartiküllerin grafen yüzeyindeki homojen dağılımı, çeşitli reaksiyonlarda katalitik aktiviteyi artırabilir.
• Sensör: Grafen nanoplateletler, gaz algılama, biyolojik algılama ve çevresel izleme dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için sensörlerin üretiminde kullanılabilir. Sonikasyon, nanoplateletlerin sensör malzemelerinde homojen dağılımını sağlayarak gelişmiş hassasiyet ve performansa yol açar.
• Kaplamalar ve Filmler: Prob tipi sonikatörler, elektronik, havacılık ve koruyucu kaplamalardaki uygulamalar için grafen nanoplatelet bazlı kaplamalar ve filmler hazırlamak için kullanılır. Düzgün dağılım ve substratlara uygun yapışma bu uygulamalar için çok önemlidir.
• Biyomedikal Uygulamalar: Biyomedikal uygulamalarda, grafen nanoplateletler ilaç dağıtımı, görüntüleme ve doku mühendisliği için kullanılabilir. Sonikasyon, bu uygulamalarda kullanılan grafen bazlı nanopartiküllerin ve kompozitlerin hazırlanmasında yardımcı olur.

(b) X3000 ve (c) X8000'de grafen nanoplateletlerin SEM görüntüleri
(Çalışma ve görüntüler: ©Alizadeh ve ark., 2018)

Ultrasonik Grafen Nanoplatelet Dispersiyonları için Bilim Kanıtlanmış Sonuçlar

Bilim adamları sayısız çalışmada grafen nanoplateletlerin sentezi ve dağılımı için Hielscher sonikatörleri kullandılar ve ultrasonikasyonun etkilerini kuvvetlice test ettiler. Aşağıda, grafen nanoplateletlerin sulu bulamaçlar, expoy reçineleri veya harç gibi farklı karışımlara başarılı bir şekilde karıştırılması için birkaç örnek bulabilirsiniz.
 
Grafen nanotrombositlerin güvenilir, hızlı ve düzgün bir şekilde dağılması için yaygın bir prosedür aşağıdaki prosedürdür:
Dağılım için, grafen nanoplateletler, grafen tabakalarının aglomerasyonunu önlemek için neredeyse bir saat boyunca Hielscher ultrasonik karıştırıcı UP400S kullanılarak saf aseton içinde sonikleştirildi. Aseton buharlaşma ile tamamen uzaklaştırıldı. Daha sonra, grafen nanoplateletler epoksi sisteminin ağırlıkça% 1'ine eklendi ve epoksi reçinesinde 15 dakika boyunca 90W'da sonikleştirildi.
(Bkz. Çakır vd., 2016)
 
Başka bir çalışma, grafen nanotrombositleri ekleyerek iyonik sıvı bazlı nanoakışkanların (iyonanoakışkanlar) güçlendirilmesini araştırmaktadır. Üstün dağılım için, grafen nanotrombositler, iyonik sıvı ve sodyum dodesil benzen sülfonat karışımı, yaklaşık 90 dakika boyunca Hielscher prob tipi sonikatör UP200S kullanılarak homojenize edildi.
(Bkz. Alizadeh ve ark., 2018)

 
Tragazikis ve ark. (2019), grafen nanoplateletlerin harç içine etkili bir şekilde dahil edildiğini bildirmiştir. Bu nedenle, sulu grafen süspansiyonları, nanoplateletlerin eklenmesiyle - elde edilen malzemelerde istenen hedef içeriklerin yazdığı ağırlıklarda - düzenli musluk suyu ve plastikleştirici karışımlarında ve ardından 2 dakika boyunca manyetik karıştırmada üretildi. Süspansiyonlar, 24 kHz frekansında 4500 J / dak'lık bir güç çıkışı sağlayan 22mm-sonotrode ile donatılmış bir Hielscher UP400S cihazı (Hielscher Ultrasonics GmbH) kullanılarak oda sıcaklığında 90 dakika boyunca ultrasonikasyon ile homojenize edildi. Enerji oranı ve sonikasyon süresinin spesifik kombinasyonu, süspansiyon kalitesinin ultrasonikasyon parametrelerinin etkisinin titiz bir şekilde araştırılmasının ardından optimum olarak kurulmuştur.
(Bkz. Tragazikis ve ark., 2019)
 
Zainal ve ark. (2018) araştırmalarında, sonikasyon gibi uygun bir dağılım tekniğinin, grafen nanoplatetelets gibi nanomalzemelerin dolgu malzemelerinin özelliklerini artırabilmesini sağladığını belirtmektedir. Bunun nedeni, dispersiyonun epoksi harç gibi yüksek kaliteli nanokompozitlerin üretimi için en önemli faktörlerden biri olmasıdır.

Grafen Nanoplatelet İşleme için Yüksek Performanslı Sonikatörler

Hielscher Ultrasonics, nanomalzeme işleme için yüksek performanslı ultrasonicators söz konusu olduğunda pazar lideridir. Hielscher prob tipi sonikatörler, grafen nanotrombositlerin işlenmesi de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için laboratuvarlarda ve endüstriyel ortamlarda dünya çapında kullanılmaktadır.
En son teknoloji, Alman işçiliği ve mühendisliğinin yanı sıra uzun süreli teknik deneyim, Hielscher Ultrasonics'i başarılı ultrasonik uygulama için tercih ettiğiniz ortak haline getirir.

Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite

Hielscher ultrasonicators iyi onların en yüksek kalite ve tasarım standartları için bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicator'larımızın endüstriyel tesislere sorunsuz entegrasyonunu sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar kolayca Hielscher ultrasonicators tarafından ele alınır.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve state-of-the-son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliğine sahip yüksek performanslı ultrasonicator'lara özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumlu ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılamak.

Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir: