Su Bazlı Grafen Eksfoliasyonu
Ultrasonik pul pul dökülme, sadece saf su kullanarak sert çözücüler kullanmadan birkaç katmanlı grafen üretmeye izin verir. Yüksek güçlü sonikasyon, grafen tabakalarını kısa bir tedavi içinde katmanlara ayırır. Solventlerden kaçınma, grafen pul pul dökülmeyi yeşil ve sürdürülebilir bir sürece dönüştürür.
Sıvı Faz Eksfoliasyon ile Grafen Üretimi
Grafen, ticari olarak sıvı faz pul pul dökülme yoluyla üretilir. Grafenin sıvı fazda pul pul dökülmesi, kimyasal ön işlem olarak veya mekanik bir dispersiyon tekniği ile kombinasyon halinde kullanılan toksik, çevreye zararlı ve pahalı çözücülerin kullanılmasını gerektirir. Grafen tabakalarının mekanik dağılımı için, ultrasonikasyon, tam endüstriyel düzeyde büyük miktarlarda yüksek kaliteli grafen tabakaları üretmek için son derece güvenilir, verimli ve güvenli bir teknik olarak kurulmuştur. Sert solventlerin kullanımına her zaman maliyetler, kontaminasyon, karmaşık çıkarma ve bertaraf, güvenlik endişeleri ve çevresel yük eşlik ettiğinden, toksik olmayan ve daha güvenli bir alternatif önemli ölçüde avantajlıdır. Bu nedenle, çözücü olarak su ve birkaç katmanlı grafen tabakalarının mekanik delaminasyonu için güç ultrasonu kullanılarak grafen pul pul dökülmesi, yeşil grafen üretimi için oldukça umut verici bir tekniktir.
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.
Ticari ölçekte grafen pul pul dökülme için zaten uzun vadeli kurulmuş bir teknik olan ultrasonikasyon, düşük maliyetle yüksek saflıkta yüksek kaliteli grafen üretmeyi sağlar. Ultrasonik grafen pul pul dökülme herhangi bir hacme tamamen doğrusal olarak ölçeklenebildiğinden, yüksek kaliteli grafen pullarının üretim verimi, grafenin seri üretimi için kolayca uygulanabilir.

UIP2000hdT, 2kW güçlü bir ultrasonik dağıtıcıdır grafen pul pul dökülme ve dispersiyon için.
Grafenin Suda Ultrasonik Pul Pul Dökülmesi
Tyurnina ve ark. (2020), genlik ve sonikasyon yoğunluğunun saf su-grafit çözeltileri ve bunun sonucunda ortaya çıkan grafen pul pul dökülme üzerindeki etkilerini araştırdı. Çalışmada, bir Hielscher UP200S (200W, 24kHz) kullandılar. Su kullanılarak ultrasonik pul pul dökülme, birkaç katmanlı grafen delaminasyonu için tek aşamalı bir işlem olarak uygulandı. Açık bir beher sonikasyon kurulumunda birkaç katmanlı grafen üretmek için 2 saatlik kısa bir tedavi yeterliydi.

Bir grafit pulunun suda sono-mekanik pul pul dökülmesini gösteren yüksek hızlı bir kare dizisi (a'dan f'ye) UP200'leri kullanarak, 3 mm sonotrotlu 24 kHz'lik bir ultrasonikatör. Oklar, bölünmeye nüfuz eden kavitasyon kabarcıkları ile ayrılma (pul pul dökülme) yerini gösterir.
© Tyurnina ve ark., 2020
Ultrasonik Grafen Eksfoliasyonunun Optimizasyonu
Tyurnina ve ark. (2020), akış modunda kapalı bir ultrasonik reaktör kullanılarak daha fazla verimlilik ve daha hızlı pul pul dökülme için kolayca optimize edilebilir. Ultrasonik satır içi işlem, tüm grafit hammaddelerinin önemli ölçüde daha düzgün bir ultrasonik işlemine izin verir: grafit / su çözeltisini doğrudan ultrasonik kavitasyonun kapalı alanına beslemek, tüm grafitler düzgün bir şekilde sonikleşir ve bu da yüksek kaliteli grafen pullarının yüksek verimini sağlar.
Hielscher Ultrasonik sistemler, genlik, zaman / tutma, enerji girişi (Ws / mL), basınç ve sıcaklık gibi tüm önemli işleme parametreleri üzerinde hassas kontrol sağlar. Optimum ultrasonik parametrelerin ayarlanması en yüksek verim, kalite ve genel verimlilik ile sonuçlanır.
Ultrasonication Grafen Pul Olmasını Nasıl Teşvik Eder?
Yüksek güçlü ultrason dalgaları, grafit tozu ve su veya herhangi bir çözücüden oluşan bir bulamaç içine bağlandığında, yüksek kesme, yoğun türbülanslar ve yüksek basınç ve sıcaklık farkları gibi sonomekanik kuvvetler enerji yoğun koşullar yaratır. Bu enerji yoğun koşullar, akustik kavitasyon olgusunun bir sonucudur.
Ultrasonik kavitasyon hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz!
Güç ultrasonu, grafitin oluştuğu grafen katmanları arasına sıvılar bastırıldığı için grafit tozunun genişlemesini başlatır. Ultrasonik kesme kuvvetleri, tek grafen tabakalarını delaminasyona tabi tutar ve bunları çözelti içinde grafen pulları olarak dağıtır. Grafenin suda uzun süreli stabilitesini elde etmek için bir yüzey aktif madde gereklidir.

Grafen pul pul dökülmenin ultrasonik sıvı faz pul pul dökülmesinin mekaniği.
Tyurnina ve ark., 2021 tarafından yapılan çalışma ve resim.
Grafen Eksfoliasyon için Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler
Hielscher ultrasonicators akıllı özellikleri güvenilir çalışma, tekrarlanabilir sonuçlar ve kullanıcı dostu garanti etmek için tasarlanmıştır. Dijital renkli dokunmatik ekran ve tarayıcı uzaktan kumandası ile erişilebilen sezgisel menü aracılığıyla çalışma ayarlarına kolayca erişilebilir ve aranabilir. Bu nedenle, net enerji, toplam enerji, genlik, zaman, basınç ve sıcaklık gibi tüm işlem koşulları otomatik olarak dahili bir SD karta kaydedilir. Bu, önceki sonikasyon çalışmalarını gözden geçirmenize ve karşılaştırmanıza ve grafen pul pul dökülme sürecini en yüksek verime optimize etmenize olanak tanır.
Hielscher Ultrasonik sistemleri, yüksek kaliteli grafen levhaların ve grafen oksitlerin üretimi için dünya çapında kullanılmaktadır. Hielscher endüstriyel ultrasonicators sürekli operasyonda (24/7/365) kolayca yüksek genlikler çalıştırabilir. 200μm'ye kadar genlikler, standart sonotrodlarla (ultrasonik problar / boynuzlar ve kaskatrodlarTM). Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur. Sağlamlıkları ve az bakım gerektirmeleri nedeniyle, ultrasonik pul pul dökülme sistemlerimiz genellikle ağır hizmet uygulamaları ve zorlu ortamlar için kurulur.
Grafen pul pul dökülme için Hielscher ultrasonik işlemciler zaten dünya çapında ticari ölçekte kuruludur. Grafen üretim sürecinizi görüşmek için şimdi bizimle iletişime geçin! Deneyimli personelimiz, pul pul dökülme işlemi, ultrasonik sistemler ve fiyatlandırma hakkında daha fazla bilgi paylaşmaktan memnuniyet duyacaktır!
Ultrasonik grafen sentezi, dispersiyonu ve fonksiyonelizasyonu hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen buraya tıklayın:
- Grafen Üretimi
- Grafen Nanoplateletler
- Su Bazlı Grafen Eksfoliasyonu
- Suda Dağılabilen Grafen
- grafen oksit
- ksenes
Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
---|---|---|
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 |
n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Literatür / Referanslar
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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.
Bilmeye Değer Gerçekler
Grafen Nedir?
Grafen, sp'nin tek tabakasıdır2-bağlı karbon atomları. Grafen, olağanüstü geniş bir özgül yüzey alanı (2620 m) gibi benzersiz malzeme özellikleri sunar2g-1), 1 TPa'lık Young modülü ve 130 GPa'lık içsel mukavemet, son derece yüksek elektronik iletkenlik (2,5 × 105 cm'lik oda sıcaklığında elektron hareketliliği) ile üstün mekanik özellikler2 V-1s-1), çok yüksek ısı iletkenliği (3000 W m K'nin üzerinde-1), en önemli özellikleri adlandırmak için. Grafen, üstün malzeme özellikleri nedeniyle yüksek performanslı piller, yakıt hücreleri, güneş pilleri, süper kapasitörler, hidrojen depoları, elektromanyetik kalkanlar ve elektronik cihazların geliştirilmesinde ve üretiminde yoğun olarak kullanılmaktadır. Ayrıca grafen, birçok nanokompozit ve kompozit malzemeye, örneğin polimerlerde, seramiklerde ve metal matrislerde takviye katkı maddesi olarak dahil edilir. Yüksek iletkenliği nedeniyle grafen, iletken boyaların ve mürekkeplerin önemli bir bileşenidir.
Hatasız grafenin düşük maliyetlerle büyük hacimlerde hızlı ve güvenli ultrasonik hazırlanması, grafen uygulamalarının giderek daha fazla sektöre genişletilmesine olanak tanır.
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.