Grafenin Ultrasonik Dispersiyonu
Grafeni kompozitlere dahil etmek için, grafeni formülasyon boyunca eşit şekilde tek nano tabakalara dağıtmak veya pul pul dökmek esastır. Grafen ne kadar kapsamlı bir şekilde deaglomerae edilirse, olağanüstü malzeme özellikleri o kadar iyi kullanılabilir. Ultrasonik dispersiyon, yüksek konsantrasyonlarda ve viskozitelerde bile üstün partikül dağılımı ve dispersiyon stabilitesi sunar. Bu yöntem, geleneksel karıştırma tekniklerini çok aşan olağanüstü dispersiyon kalitesi sağlar.
Grafenin Ultrasonik Dispersiyonu
Kompozitleri, mukavemeti gibi grafenin olağanüstü özelliklerine maruz bırakmak için, grafenin bir matrise homojen bir şekilde dağıtılması veya bir alt tabaka üzerine ince bir film kaplama olarak uygulanması gerekir. Elde edilen malzeme özelliklerini etkileyen temel faktörler arasında aglomerasyon, çökelme ve matris içindeki dağılım veya substrat üzerindeki parçacık dağılımı yer alır.
Grafenin hidrofobik doğası nedeniyle, yüzey aktif maddeler veya dağıtıcılar olmadan kararlı ve yüksek konsantrasyonlu bir dispersiyon oluşturmak zordur. Van der Waals kuvvetlerinin üstesinden gelmek, ultrasonik kavitasyon ile etkili bir şekilde üretilebilen güçlü kesme kuvvetleri gerektirir. Bu yöntem, kararlı dispersiyonlar hazırlamak için en gelişmiş olanıdır.
Grafenin yüksek verimli dispersiyonu için endüstriyel sonikatörler.
Grafen pul pul dökülme ve dispersiyon için Hielscher endüstriyel prob tipi sonikatörler hakkında daha fazla bilgi ve teknik detaylar burada bulunabilir:
- UIP1000hdT (1000 watt güç ultrasonu)
- UIP2000hdT (2000 watt güç ultrasonu)
- UIP4000hdT (4000 watt güç ultrasonu)
- UIP6000hdT (6000 watt güç ultrasonu)
- UIP16000hdT (16.000 watt güç ultrasonu)
Tüm Hielscher sonicators tüm önemli işlem parametreleri üzerinde hassas kontrol sağlar, ultrasonik dispersiyon teknolojisi grafenin kimyasal ve kristal yapılarının zarar görmesini önler – bozulmamış, hatasız grafen pulları ile sonuçlanır.
Hielscher güçlü ultrasonicators, örneğin sıvı faz pul pul dökülme ve grafen dispersiyonu için büyük hacimlerde grafen ve grafit işleme yeteneğine sahiptir. Proses parametreleri üzerindeki tam kontrol, ultrasonik işlemlerin tezgah üstünden tam ticari üretime kadar sorunsuz bir şekilde ölçeklendirilmesine izin verir.
Yaklaşık 3-4 katmanlı ve yaklaşık 1μm boyutunda ultrasonik olarak pul pul dökülmüş birkaç katmanlı grafen, en az 63 mg / mL konsantrasyonlarda (yeniden) dağıtılabilir.
(b) X3000 ve (c) X8000'de grafen nanoplateletlerin SEM görüntüleri
(Çalışma ve görüntüler: ©Alizadeh ve ark., 2018)
- yüksek kaliteli grafen
- Yüksek verim / yüksek verim
- Düzgün dağılım
- yüksek konsantrasyon
- yüksek viskoziteler
- Hızlı Süreç
- Düşük maliyetli
- Yüksek verimli
- Çevre dostu
Grafen dispersiyonları için 7kW ultrasonik reaktör
Grafen için Ultrasonik Homojenizatörler ve Dağıtıcı
Hielscher Ultrasonics, dökme katmanlı grafen ve grafiti mono-, bi- ve az katmanlı grafene pul pul dökmek ve dağıtmak için yüksek güçlü ultrasonik sistemler sağlar. Güvenilir ultrasonik işlemcileri ve gelişmiş reaktörleri, belirli proses hedeflerine ulaşmak için gerekli gücü ve hassas kontrolü sağlar.
En önemli proses parametrelerinden biri, ultrasonik kornadaki titreşim yer değiştirmesi olan ultrasonik genliktir. Hielscher endüstriyel ultrasonicators, 200μm'ye kadar sürekli çalışma ile çok yüksek genlikler sunmak üzere tasarlanmıştır. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik problar mevcuttur. Tüm Hielscher sonicators işlem parametreleri, gerekli işlem koşullarına hassas bir şekilde ayarlanabilir ve yerleşik yazılım aracılığıyla izlenebilir, bu da yüksek güvenilirlik, tutarlı kalite ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlar. Hielscher sonicators'ın sağlam tasarımı, zorlu ortamlarda 7/24 çalışma için üretilmiştir ve sonikasyonu tek ve az katmanlı grafen nano tabakaların büyük ölçekli üretimi için tercih edilen teknoloji haline getirir.
Hielscher, çeşitli boyut ve geometrilerde sonotrodlar ve reaktörler de dahil olmak üzere çok çeşitli ultrasonicators ve aksesuarlar sunar. Bu, en yüksek kaliteyi elde etmek için reaktifler, hacim başına ultrasonik enerji girişi, basınç, sıcaklık ve akış hızı gibi optimum reaksiyon koşullarının ve faktörlerinin seçilmesine izin verir. Ultrasonik reaktörleri birkaç yüz barg'a kadar basınçlandırılabilir, bu da yüksek viskoziteli macunların (250.000 santipoise'a kadar) sonikasyonunu mümkün kılar.
Bu yetenekler, ultrasonik delaminasyon, pul pul dökülme ve dispersiyonu geleneksel taşlama ve frezeleme tekniklerinden üstün kılar.
Hielscher sonicators piyasadaki en gelişmiş ultrasonik homojenizatörlerdir. Hielscher sonicators ile birlikte gelen sayısız avantajlardan yararlanın!
Sonikatör UP100H kullanarak grafen nanoplateletlerin ultrasonik sentezini görselleştiren grafik
(Çalışma ve grafik: Ghanem ve Rehim, 2018)
Grafen için Hielscher Sonikatörleri:
- yüksek güçlü ultrason
- yüksek kesme kuvvetleri
- yüksek basınçlar uygulanabilir
- Hassas kontrol
- Sorunsuz ölçeklenebilirlik (doğrusal)
- Toplu iş ve akış
- Tekrarlanabilir sonuçlar
- güvenilirlik
- sağlamlık
- Yüksek enerji verimliliği
Bilmeye Değer Gerçekler
Grafen Nedir?
Grafen, grafenin tek katmanlı veya 2 boyutlu yapısı (tek katmanlı grafen = SLG) olarak tanımlanabilen, tek atom kalınlığında bir karbon tabakasıdır. Grafen, olağanüstü geniş bir spesifik yüzey alanına ve üstün mekanik özelliklere (Young modülü 1 TPa ve 130 GPa'lık içsel mukavemet) sahiptir, mükemmel elektronik ve termal iletkenlik, yük taşıyıcı hareketliliği, şeffaflık sunar ve gazlara karşı geçirimsizdir. Bu malzeme özelliklerinden dolayı grafen, kompozitlere mukavemetini, iletkenliğini vb. vermek için takviye katkı maddesi olarak kullanılır. Grafenin özelliklerini diğer malzemelerle birleştirmek için, grafenin bileşiğin içine dağıtılması veya bir alt tabaka üzerine ince film kaplama olarak uygulanması gerekir.
Grafen nano tabakalarını dağıtmak için genellikle sıvı faz olarak kullanılan yaygın çözücüler arasında Dimetil sülfoksit (DMSO), N, N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirolidon (NMP), Tetrametilüre (TMU, Tetrahidrofuran (THF), propilen karbonataseton (PC), etanol ve formamid bulunur.
Grafen Suda Dağılabilir mi?
Evet, grafen, agregasyonu önlemek ve dispersiyon stabilitesini korumak için yüzey aktif maddeler, polimerler veya diğer stabilize edici maddeler kullanılarak suda dağıtılabilir. Prob tipi sonikatörler gibi güvenilir dispersiyon ekipmanı, aglomeraları parçalamak ve grafen parçacıklarının boyutunu küçültmek için ultrasonik enerji kullanarak grafen dispersiyonunda çok önemli bir rol oynar ve sıvı ortamda daha düzgün ve kararlı bir dispersiyon sağlar.
Grafen oksit suda çözünebilir mi?
Evet, grafen oksit, hidrofilikliğini artıran ve kararlı sulu dispersiyonlar oluşturmasına izin veren oksijen içeren fonksiyonel grupları nedeniyle suda çözünebilir.
Grafeni Dağıtmak İçin En İyi Çözücü Nedir?
Grafeni dağıtmak için en iyi çözücü, yüksek polaritesi ve grafen tabakalarını stabilize etme kabiliyeti nedeniyle N-metil-2-pirolidondur (NMP), bu da homojen ve kararlı bir dağılım ile sonuçlanır.
Grafen Neden Suda Çözünmez?
Grafen suda çözünmez çünkü su molekülleri ile etkileşime girebilen fonksiyonel gruplardan yoksundur, bu da onu hidrofobik ve grafen tabakaları arasındaki güçlü van der Waals kuvvetleri nedeniyle toplanmaya eğilimli hale getirir.
Grafen neden Kompozitlerde kullanılır?
Grafen, 1 m'de yaklaşık 0.77 mg ağırlığında, en ince olan bir atom kalınlığındadır2 en hafif ve 150.000.000 psi (çelikten 100-300 kat daha güçlü) gerilme sertliği ve 130.000.000.000 Paskal çekme mukavemeti ile bilinen en güçlü malzeme.
Ayrıca, grafen en iyi termal iletkendir ((4.84±0.44) ile oda sıcaklığında × 103 (5.30±0.48) × 10'a kadar3 W·m-11· K-1) ve en iyi elektrik iletkeni (15.000 cm'ye kadar elektron hareketliliği2· V-1·s-1).
Grafenin bir diğer önemli özelliği, beyaz ışığın πα≈2.3% oranında ışık emilimi ile optik özelliği ve şeffaf görünümüdür.
Grafeni matrislere dahil ederek, bu olağanüstü malzeme özellikleri, benzersiz işlevler sunan ortaya çıkan kompozit'e aktarılabilir. Bu tür grafen takviyeli kompozitler, malzeme geliştirme ve endüstriyel uygulamalar için yeni olanaklar sunar. Özellikleri nedeniyle, grafen ve grafen kompozitler, yüksek performanslı pillerin, süper kapasitörlerin, iletken mürekkeplerin, kaplamaların, fotovoltaik sistemlerin ve elektronik cihazların üretiminde zaten yaygın olarak kullanılmaktadır
Hielscher sonikatörleri, grafen nano tabakaları kompozit matrislere düzgün bir şekilde dağıtmak için van der Waals kuvvetlerinin üstesinden gelmek için gerekli yüksek kesme kuvvetlerini sağlar. UIP2000hdT veya UIP16000 gibi ultrasonik dağıtıcılar, grafen ve grafen oksit takviyeli nano kompozitler üretmek için kullanılır.
Literatür/Referanslar
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.