Ультразвукова дисперсія графену

Факти, які варто знати

Що таке графен?

Графен – це шар вуглецю товщиною в один атом, який можна описати як одношарову або 2D-структуру графену (одношаровий графен = SLG). Графен має надзвичайно велику питому площу поверхні та чудові механічні властивості (модуль Юнга 1 ТПа та внутрішня міцність 130 ГПа), забезпечує чудову електронну та теплопровідність, рухливість носія заряду, прозорість та непроникний для газів. Завдяки таким характеристикам матеріалу, графен використовується як армуюча добавка для додання композитам міцності, провідності тощо. Для того, щоб поєднати характеристики графену з іншими матеріалами, графен повинен бути диспергований у суміші або наноситься у вигляді тонкоплівкового покриття на підкладку.
Поширені розчинники, які часто використовуються як рідка фаза для диспергування графенових нанолистів, включають диметилсульфоксид (DMSO), N,N-диметилформамід (DMF), N-метил-2-піролідон (NMP), тетраметилсечовину (TMU, тетрагідрофуран (THF), пропіленкарбонатацетон (PC), етанол і формамід.

Чи можна диспергувати графен у воді?

Так, графен можна диспергувати у воді за допомогою поверхнево-активних речовин, полімерів або інших стабілізуючих агентів для запобігання агрегації та підтримки стабільності дисперсії. Надійне диспергуюче обладнання, таке як соніки зондового типу, також відіграють вирішальну роль у диспергуванні графену, використовуючи ультразвукову енергію для розщеплення агломератів і зменшення розміру частинок графену, сприяючи більш рівномірному та стабільному дисперсуванню в рідкому середовищі.

Чи може оксид графену розчинятися у воді?

Так, оксид графену може розчинятися у воді завдяки своїм функціональним групам, що містять кисень, які підвищують його гідрофільність і дозволяють утворювати стабільні водні дисперсії.

Який найкращий розчинник для диспергування графену?

Найкращим розчинником для диспергування графену є N-метил-2-піролідон (NMP) завдяки своїй високій полярності та здатності стабілізувати графенові листи, що призводить до рівномірної та стабільної дисперсії.

Чому графен не розчиняється у воді?

Графен не розчиняється у воді, оскільки в ньому відсутні функціональні групи, які можуть взаємодіяти з молекулами води, що робить його гідрофобним і схильним до агрегації через сильні ван-дер-ваальсові сили між графеновими листами.

Чому графен використовується в композитах?

Графен товщиною в один атом найтонший, з вагою приблизно 0,77 мг на 1 м² найлегший і з жорсткістю на розрив 150 000 000 фунтів на квадратний дюйм (у 100-300 разів міцніший за сталь) і міцністю на розрив 130 000 000 000 Паскалів найміцніший матеріал з відомих.
Крім того, графен є найкращим теплопровідником (при кімнатній температурі з (4,84±0,44) × 10³ до (5.30±0.48) × 10³ Ш·м^-11· K^-1) і найкращий електричний провідник (рухливість електрона вище 15 000 см²· V^-1·с^-1).
Іншими важливими характеристиками графену є його оптична властивість з поглинанням світла при πα≈2,3% білого світла, а також його прозорий вигляд.
Завдяки включенню графену в матриці, ці видатні характеристики матеріалу можуть бути перенесені на отриманий композит, який пропонує унікальні функції. Такі композити, армовані графеном, відкривають нові можливості для розробки матеріалів і промислового застосування. Завдяки своїм характеристикам графен і графен-композити вже широко поширені у виробництві високопродуктивних акумуляторів, суперконденсаторів, струмопровідних чорнил, покриттів, фотоелектричних систем і електронних пристроїв
Звукові апарати Hielscher забезпечують необхідні високі сили зсуву для подолання сил Ван-дер-Ваальса з метою рівномірного розподілу графенових нанолистів у композитні матриці. Ультразвукові диспергатори, такі як UIP2000hdT або UIP16000, використовуються для виробництва нанокомпозитів, армованих графеном і оксидом графену.