Suda dağılabilen grafenin ultrasonik pul pul dökülmesi

• Tek ve iki katmanlı grafen nano tabakalar, ultrasonik pul pul dökülme yoluyla yüksek verimle ve düşük maliyetle hızlı bir şekilde üretilebilir.
• Ultrasonik olarak pul pul dökülmüş grafen, suda dağılabilen grafen elde etmek için biyopolimerlerle işlevselleştirilebilir.
• Ultrasonik kavitasyon ile sentezlenen grafen, stabil bir su bazlı dispersiyona daha fazla işlenebilir.

Yüksek Kaliteli Grafenin Ultrasonik Pul Pul Dökülmesi

Ultrasonikasyon, grafit pullarından veya parçacıklarından grafen katmanları (mono, iki ve birkaç katmanlı grafen) üretmek için güvenilir bir yöntemdir. Bilyalı ve haddeleyici değirmenler veya yüksek parçalayıcı karıştırıcılar gibi diğer yaygın pul pul dökülme teknikleri, düşük kalite ve agresif reaktiflerin ve çözücülerin kullanımı ile bağlantılı olsa da, ultrasonik pul pul dökülme yöntemi, yüksek kaliteli çıktısı, yüksek işlem kapasitesi ve hafif işleme koşulları ile ikna eder.
Ultrasonik kavitasyon, yığılmış grafit katmanlarını tek, iki ve birkaç katmanlı hatasız grafene ayıran yoğun kesme kuvvetleri oluşturur.

Sonikasyon yoluyla suda dağılabilir grafen levhalar

Ultrasonikasyon, su veya organik çözücülerdeki karbon nanotüpleri çözmek için tekrarlanabilir sonuçlarla etkili bir prosedürdür. [/ altyazı] Normal koşullar altında, grafen suda zorlukla dağılır ve sulu ortamda dağıldığında agregalar ve aglomeralar oluşturur. Sulu sistemler ucuz, toksik olmayan, çevre dostu olma gibi önemli avantajlara sahip olduğundan, su bazlı grafen sistemleri, grafen üreticileri ve alt endüstri için oldukça çekicidir.
Suda dağılabilen grafen nanotabakaları elde etmek için, ultrasonik olarak pul pul dökülmüş grafen, pullulan, kitosan, aljinat, jelatin veya arap zamkı gibi polisakkaritler? biyopolimerler ile modifiye edilir.

Ultrasonik Kullanarak Grafitin Doğrudan Pul Pul Dökülmesi Protokolü

İyonik olmayan pullulan ve anyonik aljinat (1.0 g) 20 ml distile su içinde ayrı ayrı çözülürken, katyonik kitosan (0.4 g) ağırlıkça %1 asetik asit ile 20 ml distile suda çözüldü. Grafit tozu, sulu biyopolimer çözeltileri içinde dağılmış ve bir titanyum sonotrot (mikro uç S3, uç çapı 3 mm, maksimum genlik 210μm, akustik güç yoğunluğu veya yüzey yoğunluğu 460 W cm-2) ile donatılmış bir prob tipi ultrasonicator UP200S (maksimum güç 200 W, frekans 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Almanya) kullanılarak işlenmiştir: 0.5 döngü ve% 50 genlik, sırasıyla 10, 20, 30 ve 60 dakikalık bir süre için. En iyi sonuçlar 30 dakikalık sonikasyonda elde edildi. Sonikasyon, 30 dakika boyunca 16.25 W gücünde, 731 Ws ml-1 enerji tüketimi (birim hacim başına enerji çıkışı) ile uygulandı.
Daha sonra, karışımlar, pul pul dökülmemiş grafit partiküllerini uzaklaştırmak için 60 dakika boyunca 1500 rpm'de santrifüjlendi ve daha sonra 5 kez yıkandı ve fazla biyopolimerleri uzaklaştırmak için tekrar 5000 rpm'de 20 dakika boyunca santrifüjlendi. Elde edilen koyu gri çözeltiler, kütle kaybı olana kadar 40ºC'de vakumla kurutuldu. Elde edilen polimer-grafen tozları, karakterizasyon için suda (pullulan ve kitosan için 1 mg ml-1; aljinat için 0.18 mg ml-1) yeniden dağıtıldı. Pullulan, aljinat ve kitosan destekli ultrasonikasyon ile elde edilen grafen tabakaları sırasıyla pull-G, alg-G ve chit-G olarak gösterildi.
Üç sistemden pullulan ve kitosan, grafitin pul pul dökülmesinde aljinattan daha etkiliydi. Bu yöntem, yalnızca düşük yanal (kenarlar) kusurlara sahip pul pul dökülmüş mono, iki ve birkaç katmanlı grafen tabakaları verdi. Biyopolimerlerin grafen yüzeyine adsorpsiyonu, sulu dispersiyonun uzun süreli bir stabilitesini (6 aydan fazla) sağlar.
(Bkz. Ünalan ve ark. 2015)

Bir grafit pulunun suda sono-mekanik pul pul dökülmesini gösteren yüksek hızlı bir kare dizisi (a'dan f'ye) UP200S'yi kullanarak, 3 mm sonotrotlu 200W'lık bir ultrasonikatör. Oklar, bölünmeye nüfuz eden kavitasyon kabarcıkları ile ayrılma (pul pul dökülme) yerini gösterir.(çalışma ve resimler: © Tyurnina ve ark. 2020

Grafen Eksfoliyasyonu için Ultrasonikatörler

Hielscher yüksek güçlü ultrasonik işlemciler, grafit ve grafenin başarılı bir şekilde pul pul dökülmesi ve dağılması için dünya çapında kullanılmaktadır. Ultrasonik dağıtıcılarımız laboratuar ve tezgah üstünden tam endüstriyel üretim birimlerine kadar mevcuttur. Sağlamlık, 7/24 çalışma ve düşük bakımın yanı sıra, Hielscher ultrasonicators yüksek işleme kolaylığı ve doğrusal ölçeklenebilirlik ile ikna eder.
Prosesler laboratuvarda kolayca test edilebilir ve optimize edilebilir. Daha sonra, tüm süreç sonuçları ticari üretim seviyesine tamamen doğrusal olarak ölçeklendirilebilir. Bu, sonikasyonu yüksek hacimli yüksek kaliteli grafen tabakaları için etkili ve verimli bir üretim yöntemi haline getirir.
Hielscher Ultrasonik endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Eşleşen ultrason reaktörleri, yüksek kaliteli grafen nano tabakaların yanı sıra kararlı nano tabaka dispersiyonlarının güvenilir ve güvenli seri üretim kabiliyetini sağlar.

Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: