Grafen nanoplateletler prob-sonication yoluyla sentezlenir ve dağıtılır
Grafen nanoplateletler (GNP'ler), sonikatörler kullanılarak yüksek verimlilik ve güvenilirlikle sentezlenebilir ve dağıtılabilir. Yüksek yoğunluklu ultrasonikasyon, grafiti pul pul dökmek ve genellikle grafen nanoplateletler olarak adlandırılan birkaç katmanlı grafen elde etmek için kullanılır. Sonikasyon 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 çok sayıda grafen ile ilgili uygulamalar için kullanılır:
- Eksfolyasyon ve Sentez Prob tipi sonikatörler, grafiti birkaç katmanlı grafen veya grafen nanoplateletlere pul pul dökmek için kullanılır. Yüksek yoğunluklu ultrasonikasyon, ara katman kuvvetlerini bozar ve grafiti daha küçük, ayrı grafen tabakalarına ayırır.
- Dağılma: Grafen nanoplateletlerin sıvı bir ortamda homojen dağılımının elde edilmesi, grafenle ilgili tüm uygulamalar için çok önemlidir. Prob tipi sonikatörler, nanoplateletleri sıvı boyunca eşit şekilde dağıtabilir, aglomerasyonu önleyebilir ve stabil bir süspansiyon sağlayabilir.
- İşlevselleştirme: Sonikasyon, fonksiyonel grupların veya moleküllerin yüzeylerine bağlanmasını teşvik ederek grafen nanoplateletlerin işlevselleştirilmesini kolaylaştırır. Bu işlevselleştirme, belirli polimerler veya malzemelerle uyumluluklarını artırır.
Grafen nanoplateletlerin endüstriyel hat içi dispersiyonu için ultrasonik dispersiyon sistemi
Sonikasyon yoluyla grafen nanoplatelet sentezi
Grafen nanoplateletler, ultrasonik destekli grafit eksfoliasyon ile sentezlenebilir. Bu nedenle, bir grafit süspansiyon, prob tipi bir ultrasonik homojenizatör kullanılarak sonikleştirilir. Bu prosedür, çok düşük (örn. ağırlıkça %4 veya daha düşük) ila yüksek katı (örn. ağırlıkça veya daha yüksek) konsantrasyonlarla 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 nanotabakaların yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu görüntüleri elde edildi
ultrasonik destekli 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 nanoplateletler, altıgen bir kafes içinde düzenlenmiş tek bir karbon atomu tabakası olan grafenden oluşan nanomalzemelerdir. Bazen, grafen tabakaları ve grafen nanoplateletler birbirinin yerine kullanılabilen terimler olarak kullanılır. Ancak bilimsel olarak, bu grafen nanomalzemeler arasında birkaç fark vardır: Grafen tabakaları ve grafen nanoplateletler arasındaki temel fark, yapılarında ve kalınlıklarında yatmaktadır. Grafen tabakaları tek bir karbon atomu katmanından oluşur ve son derece incedir, grafen nanoplateletler ise daha kalındır ve çok sayıda yığılmış 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 yığılmış grafen nanoplateletleri sentezlemek, dağıtmak ve işlevsel hale getirmek için oldukça etkili ve verimli bir tekniktir.
Sonikatör UP100H kullanarak grafen nanoplateletlerin ultrasonik sentezini görselleştiren grafik
(Çalışma ve grafik: Ghanem ve Rehim, 2018)
Prob tipi sonikatör UP400St grafen nanoplatelet dispersiyonlarının hazırlanması için
Grafen Nanoplateletlerin Sonikasyon Kullanılarak Dağılması
Grafen nanoplateletlerin (GNP'ler) homojen dağılımı, elde edilen malzemelerin veya ürünlerin özelliklerini ve performansını doğrudan etkilediği için çeşitli uygulamalarda çok önemlidir. Bu nedenle, çeşitli endüstrilerde grafen nanoplatelet dispersiyonları için sonikatörler kurulur. Aşağıdaki endüstriler, güç ultrasonu 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 yüzeyi üzerindeki düzgün dağılımı, çeşitli reaksiyonlarda katalitik aktiviteyi artırabilir.
- Sensör: Grafen nanoplateletler, gaz algılama, biyoalgılama ve çevresel izleme dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için sensörlerin imalatında 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 alt tabakalara 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 Bilimle Kanıtlanmış Sonuçlar
Bilim adamları, çok sayıda çalışmada grafen nanoplateletlerin sentezi ve dispersiyonu için Hielscher sonikatörlerini kullandılar ve ultrasonikasyonun etkilerini şiddetle test ettiler. Aşağıda, grafen nanoplateletlerin sulu bulamaçlar, expoy reçineleri veya harç gibi farklı karışımlara başarılı bir şekilde karıştırılması için birkaç örnek bulabilirsiniz.
Grafen nanoplateletlerin güvenilir, hızlı bir şekilde homojen bir şekilde dağılması için yaygın bir prosedür aşağıdaki prosedürdür:
Dispersiyon için, grafen nanoplateletler, grafen tabakalarının aglomerasyonunu önlemek için Hielscher ultrasonik karıştırıcı UP400S kullanılarak neredeyse bir saat boyunca saf aseton içinde sonikleştirildi. Aseton buharlaşma ile tamamen uzaklaştırıldı. Daha sonra, grafen nanoplateletler epoksi sisteminin ağırlıkça% 1'ine ilave edildi ve epoksi reçine içinde 15 dakika boyunca 90W'da sonikasyona tabi tutuldu.
(Bkz. Çakır ve ark., 2016)
Başka bir çalışma, grafen nanoplateletler eklenerek iyonik sıvı bazlı nanoakışkanların (iyonanoakışkanlar) güçlendirilmesini araştırmaktadır. Üstün dispersiyon için, grafen nanoplateletler, iyonik sıvı ve sodyum dodesil benzen sülfonat karışımı, Hielscher prob tipi sonikatör UP200S kullanılarak yaklaşık 90 dakika boyunca homojenize edildi.
(bkz. Alizadeh ve diğerleri, 2018)
Tragazikis ve ark. (2019), grafen nanoplateletlerin harca etkili bir şekilde dahil edildiğini bildirmektedir. Bu nedenle, sulu grafen süspansiyonları, normal musluk suyu ve plastikleştirici karışımlarında nanoplateletlerin - elde edilen malzemelerde arzu edilen hedef içerikler tarafından yazılan ağırlıklarda - eklenmesi ve ardından 2 dakika boyunca manyetik karıştırma ile üretildi. Süspansiyonlar, 24 kHz frekansında 4500 J / dk'lık bir güç çıkışı sağlayan 22mm-sonotrot 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 diğerleri, 2019)
Zainal ve ark. (2018) araştırmalarında, sonikasyon gibi uygun bir dispersiyon tekniğinin, grafen nanoplateteletler gibi nanomalzemelerin dolgu malzemelerinin özelliklerini geliştirebilmesini sağladığını belirtmektedir. Bunun nedeni, dispersiyonun epoksi harç gibi yüksek kaliteli nanokompozitlerin üretimi için en önemli faktörlerden biri olmasıdır.
Saf BMIM-PF6 (solda) ve ağırlıkça %2 oranında ultrasonik olarak hazırlanmış iyonanofluid örneği (sağda).
(Çalışma ve görüntüler: ©Alizadeh ve ark., 2018)
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 nanoplateletlerin 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 edilen ortağınız haline getiriyor.
- yüksek verim
- En son teknoloji
- güvenilirlik & sağlamlık
- Ayarlanabilir, hassas proses kontrolü
- toplu iş & Satır içi
- herhangi bir hacim için
- Akıllı Yazılım
- Akıllı özellikler (örn. programlanabilir, veri protokolü, uzaktan kumanda)
- Kullanımı kolay ve güvenli
- Az bakım gerektirir
- CIP (yerinde temizlik)
Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite
Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.
Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 0,5 - 1,5 mL | n.a. | VialTweeter | 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ila 150L | 3 ila 15L/dk | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir.
Literatür / Referanslar
- Ghanem, A.F.; Abdel Rehim, M.H. (2018): Assisted Tip Sonication Approach for Graphene Synthesis in Aqueous Dispersion. Biomedicines 6, 63; 2018.
- Zainal, Nurfarahin; Arifin, Hanis; Zardasti, Libriati; Yahaya, Nordin; Lim, Kar Sing; Lai, Jian; Noor, Norhazilan (2018): Tensile Properties of Epoxy Grout Incorporating Graphene Nanoplatelets for Pipeline Repair. MATEC Web of Conferences, 2018.
- Ferit Cakir, Habib Uysal, Volkan Acar (2016): Experimental modal analysis of masonry arches strengthened with graphene nanoplatelets reinforced prepreg composites. Measurement, Volume 90, 2016. 233-241.
- Jalal Alizadeh, Mostafa Keshavarz Moraveji (2018): An experimental evaluation on thermophysical properties of functionalized graphene nanoplatelets ionanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 98, 2018. 31-40.
- Ilias Κ. Tragazikis, Konstantinos G. Dassios, Panagiota T. Dalla, Dimitrios A. Exarchos (2019): Theodore E. Matikas (2019): Acoustic emission investigation of the effect of graphene on the fracture behavior of cement mortars. Engineering Fracture Mechanics, Volume 210, 2019. 444-451.
- Matta, S.; Rizzi, L.G.; Frache, A. (2021): PET Foams Surface Treated with Graphene Nanoplatelets: Evaluation of Thermal Resistance and Flame Retardancy. Polymers 2021, 13, 501.
Bilmeye Değer Gerçekler
Grafen Levhalar ve Grafen Nanoplateletler
Hem grafen tabakaları hem de grafen nanoplateletler, grafitten türetilmiş nanoyapılardır. Aşağıdaki tablo, grafen tabakaları ve grafen nanoplateletler arasındaki en belirgin farkları vurgulamaktadır.
| Farklılaştırma | Grafen Levhalar | Grafen Nanoplateletler |
|---|---|---|
| Yapı | Grafen levhalar tipik olarak iki boyutlu bir yapıya sahip tek grafen katmanlarıdır. Makroskopik alanlara uzanan çok büyük ve sürekli olabilirler. | Grafen nanoplateletler, tek tek grafen tabakalarına kıyasla daha küçük ve daha kalındır. Trombosit benzeri yapılar oluşturan, üst üste yığılmış çok sayıda grafen katmanından oluşurlar. Bir nanoplateletteki katman sayısı değişebilir, ancak tipik olarak birkaç ila birkaç düzine katman aralığındadır |
| Kalınlık | Bunlar tek katmanlı grafen yapılarıdır, bu nedenle son derece incedirler, tipik olarak sadece bir atom kalınlığındadırlar. | Bunlar, tek katmanlı grafen tabakalarından daha kalındır, çünkü birlikte yığılmış birden fazla grafen katmanından oluşurlar. Grafen nanoplateletlerin kalınlığı, içerdikleri katman sayısına bağlıdır. |
| Özellikler | Tek katmanlı grafen levhalar, yüksek elektrik iletkenliği, termal iletkenlik ve mekanik mukavemet gibi olağanüstü özelliklere sahiptir. Ayrıca kuantum hapsetme etkileri gibi benzersiz elektronik özellikler sergilerler. | Grafen nanoplateletler, yüksek elektriksel ve termal iletkenlik gibi grafenin bazı mükemmel özelliklerini korur, ancak birden fazla katmanın varlığı nedeniyle bu yönlerden tek katmanlı grafen kadar istisnai olmayabilirler. Ancak yine de geleneksel karbon malzemelere göre avantajlar sunarlar. |
| uygulamalarımız | Tek katmanlı grafen levhalar, elektronik, nanokompozitler, sensörler ve daha fazlası dahil olmak üzere çok çeşitli potansiyel uygulamalara sahiptir. Genellikle istisnai elektronik özellikleri için kullanılırlar. | Grafen nanoplateletler, kompozitlerdeki takviye malzemeleri, yağlayıcılar, enerji depolama cihazları ve diğer malzemelerin özelliklerini iyileştirmek için katkı maddeleri gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır. Daha kalın yapıları, tek katmanlı grafene kıyasla belirli matrislerde dağılmalarını kolaylaştırır. |
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.