Hielscher ультразвукова технологія

Ультразвукове виробництво графена

Ультразвуковий синтез графена за допомогою графітового пілінгу є найбільш надійним і вигідним методом для отримання високоякісних графових листів у промислових масштабах. Високопродуктивна ультразвукові процесори Hielscher є точно керованими і можуть генерувати дуже високі амплітуди в 24/7 операції. Це дозволяє готувати високі обсяги незайманої графена в фасіле і габаритокерований спосіб.

Ультразвукова підготовка графена

Аркуш графенаОскільки відомі надзвичайні характеристики графіту, були розроблені кілька методів його підготовки. Крім хімічного виробництва графенів з графінового оксиду в багатоступеневих процесах, для яких необхідні дуже сильні окислювальні та відновлювальні агенти. Крім того, графен, підготовлений в цих суворих хімічних умовах, часто містить велику кількість дефектів навіть після зменшення в порівнянні з графенами, отриманими іншими методами. Однак ультразвук є перевіреною альтернативою для виробництва високоякісного графена, також у великих кількостях. Дослідники розробили кілька різних способів використання УЗД, але загалом графенове виробництво є простим одностадійним процесом.
Щоб навести приклад конкретного способу виготовлення графена: Графіт додають у суміш розведеної органічної кислоти, спирту та води, а потім суміш піддається впливу ультразвукового опромінення. Кислота працює як “молекулярний клин” який відділяє аркуші графена від батьківського графіту. За допомогою цього простого процесу створюється велика кількість неушкодженого високоякісного графена, розкиданого у воді. (An et al., 2010)

Hielscher's High Power Ultrasound Devices are the ideal tool to prepare graphene - both in lab scale as well as in full commercial process streams

Рисунок 1: зображення АСМ відшарованих листів GO з трьома профілями висот, придбаними в різних місцях (Stankovich et al., 2007).

UIP2000hdT-2kW ultrasonicator для обробки рідини.

UIP2000hdT – 2kW потужний ультраакулятор для пілінгу графена

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Графен Пряме відшаровування

Ультразвук дозволяє приготувати графени в органічних розчинниках, поверхнево-активних речовинах / водних розчинах або іонних рідинах. Це означає, що можна уникнути використання сильних окислювальних або відновлювальних засобів. Станкович та співавт. (2007) виробляв графен шляхом відшарування під ультразвуком.
Зображення АФМ графінового оксиду, відшарованого ультразвуковим методом при концентрації 1 мг / мл у воді, завжди виявляли наявність аркушів з рівномірною товщиною (~ 1 нм, приклад показаний на малюнку 1 нижче). Ці добре відшаровані зразки оксиду графену не містять листів, товщі або тонші ніж 1нм, що дозволяє зробити висновок про те, що в цих умовах дійсно досягається повне відшаровування оксиду графена до окремих листів графінового оксиду. (Станкович та ін., 2007)

Підготовка графенових листів

Стенгл та ін. показали успішну підготовку чистих графенових листів у великих кількостях при виробництві нестехіометричного нанокомпозиту графену ТіО2 шляхом термічного гідролізу суспензії з графеновими наношетками та комплексом оксиду натрію. Чисті графенові наношарки були виготовлені з натурального графіту, використовуючи поле кавітації високої інтенсивності, створене ультразвуковим процесором Хільшера UIP1000hd в ультразвуковому реакторі високого тиску при 5 бар. Отримані графенові листи з високою питомою поверхнею та унікальними електронними властивостями можуть бути використані як хороша підтримка TiO2 для посилення фотокаталітичної активності. Дослідницька група стверджує, що якість ультразвуку підготовленого графена набагато вища, ніж графен, отриманий методом Хаммера, де графіт розсипаний і окислюється. Оскільки фізичні умови в ультразвуковому реакторі можна точно контролювати і з урахуванням того, що концентрація графена як домішки буде варіюватися в діапазоні 1 – 0.001%, виробництво графена в безперервній системі на комерційний масштаб можливо.

Підготовка за допомогою ультразвукової обробки оксиду графену

Ох та ін. (2010) показали шлях підготовки, використовуючи ультразвукове опромінення для одержання шарів оксиду графену (GO). Тому вони припинили двадцять п'ять міліграмів порошку оксиду графена в 200 мл деіонізованої води. Помішувавши вони одержували неоднорідну коричневу суспензію. Одержані суспензії обробляли ультразвуком (30 хв, 1,3 × 105 Дж), і після сушіння (при 373 К) одержували ультразвуковане оксид графена. Спектроскопія FTIR показала, що лікування ультразвуком не змінює функціональні групи оксиду графена.

Ультразвукове відшаровування нанорозмірних графінових оксидів

Рисунок 2: зображення SEM графенових наношарів, отриманих ультразвуком (Oh et al., 2010)

Ультразвуковий синтез графена з Hielscher UIP4000hdT

UIP4000hdT – 4 кВт Висока потужність ультраакулятор

Функціонування графенових аркушів

Сюй і Суслик (2011) описують зручний одностадійний спосіб приготування функціонального графіту полістиролу. У їхньому дослідженні вони використовували графітові пластівці та стирол як основну сировину. Зігнавши графітові пластівці в стирол (реактивний мономер), ультразвукове опромінення призвело до механічного відлучення графітових пластівців до одношарових і малошарових графенових листів. Одночасно було досягнуто функціоналізація графенових листів з полістирольними ланцюгами.
Той же процес функціалізації може бути здійснений з іншими вініловими мономерами для композитів на основі графена.

Підготовка нанориббонів

Дослідницька група Хунцзє Дай та його колеги з Стенфордського університету знайшли техніку для підготовки нанориббонів. Графенові стрічки - це тонкі смуги графена, які можуть мати ще корисніші характеристики, ніж графенові листи. При ширині близько 10 нм або менше, поведінка графенових стрічок схожа на напівпровідник, оскільки електрони змушені рухатися по довжині. Таким чином, може бути цікаво використовувати нанориббони з напівпровідниковими функціями в електроніці (наприклад, для менших, швидших комп'ютерних мікросхем).
Дай та ін. підготовка графенових нанорізних балок заснована на двох етапах: по-перше, вони розпушують шари графена з графіту шляхом термічної обробки 1000 ° С протягом однієї хвилини в 3% водню в газі аргону. Потім графен був розбитий на смужки, використовуючи ультразвукове дослідження. Нанорибінки, отримані за допомогою цього методу, характеризуються значно "більш гладким"’ краю, ніж ті, що виготовляються звичайними літографічними засобами. (Jiao et al., 2009)

Підготовка вуглецевих наносервісів

Carbon Nanoscrolls схожі на багатошарові вуглецеві нанотрубки. Різниця в MWCNT - це відкриті підказки та повна доступність внутрішніх поверхонь до інших молекул. Вони можуть бути синтезовані волого-хімічно шляхом інтеркалювання графіту з калієм, розслаблення у воді та звуження колоїдної суспензії. (див. Viculis та співавт., 2003). Ультразвукове дослідження допомагає прокрутці графенових моношарів у вуглецеві наноскладки (див. рис. 3). Досягнуто високої ефективності конверсії на 80%, що робить виготовлення наноскладів цікавим для комерційних застосувань.

Ультразвукове синтез вуглецевих наноскладів

Рисунок 3: Ультразвуковий синтез вуглецевих наносервісів (Viculis et al., 2003).

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Графенні дисперсії

Клас дисперсії графена та оксиду графена надзвичайно важливий для використання повного потенціалу графена з його специфічними характеристиками. Якщо графен не розподіляється в контрольованих умовах, то полідисперсність дисперсії графена може призвести до непередбачуваної або неідеальної поведінки, коли вона буде включена в прилади, оскільки властивості графена варіюються в залежності від його структурних параметрів. Sonication - це перевірена процедура ослаблення міжшарових сил і дозволяє точно контролювати важливі параметри обробки.
"Для оксиду графена (ГО), який, як правило, відспівується як одношарові аркуші, одна з головних проблем полидисперсності виникає внаслідок варіацій бічної поверхні пластівців. Показано, що середній бічний розмір ГО можна змістити з 400 нм до 20 мкм, змінюючи вихідний матеріал графіту та умови обробки ультразвуком »(Green et al., 2010).
Ультразвуковий Розсіювання графена, в результаті чого тонкі та навіть колоїдні шлаки були продемонстровані в різних інших дослідженнях. (Liu et al., 2011 / Baby та ін., 2011 / Choi et al., 2010)
Чжан та ін. (2010) показали, що за допомогою ультразвуку досягається стабільна дисперсія графена з високою концентрацією 1 мг · мл-1 та відносно чистого графенового аркуша, а готові графенові простирадла мають високу електропровідність 712 S · м-1. Результати перетворених Фур'є спектрів інфрачервоного випромінювання та випробувань спектрів комбінації комбінації комбінації комбінації комбінації комбінації комбінації комбінацій магнітного поля показали,

Ультраакулятори високої продуктивності

Для виробництва високоякісної графена нано-листів, надійне високопродуктивне ультразвукове обладнання обов'язкове. Амплітуда, тиск і температура необхідні параметри, які мають вирішальне значення для відтворюваності і послідовної якості продукції. Hielscher ультразвук’ ультразвукові процесори є потужними і точно керованими системами, які дозволяють точне налаштування технологічних параметрів і безперервного високої потужності Ультразвуковий вихід. Hielscher ультразвук’ промислові ультразвукові процесори можуть доставити дуже високі амплітуди. Амплітуд до 200 µm може бути легко безперервно працювати в 24/7 операції. Для ще більш високих амплітуд, налаштувати Ультразвуковий сонтроди доступні. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє здійснювати 24/7 операції на важких умовах і в складних середовищах.
Наші клієнти задоволені видатною надійності і надійністю Hielscher систем ультразвукової. Установка в полях важкого застосування, вимогливих середовищ і 24/7 експлуатація забезпечує ефективну і економічну обробку. Процес активізації ультразвукових процесів зменшує час обробки і досягає кращих результатів, тобто більш високу якість, вищу врожайність, інноваційні продукти.
У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:

пакетний Обсяг швидкість потоку Рекомендовані пристрої
0.5 до 1.5мл застосовується VialTweeter
Від 1 до 500мл Від 10 до 200мл / хв UP100H
Від 10 до 2000мл Від 20 до 400мл / хв UP200Ht, UP400St
0.1 до 20 л 0.2 до 4л / хв UIP2000hdT
Від 10 до 100 л Від 2 до 10 л / хв UIP4000hdT
застосовується Від 10 до 100 л / хв UIP16000
застосовується більший кластер UIP16000

Зв'яжіться з нами / Запитуйте додаткову інформацію

Розкажіть нам про ваших вимогах до обробки. Ми будемо рекомендувати найбільш підходящі налаштування та параметри обробки для вашого проекту.





Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Завантажте повну статтю як PDF-файл тут:
Ультразвукова підготовка графена


Hielscher ультразвук виробляє високоексплуатаційні ультразвукові Гомогенізатори для дисперсії, емульсифікації та видобутку клітин.

Високосилові ультразвукові Гомогенізатори з лабораторії в пілотному і промисловому масштабі.

Література / Довідники

  • Ан, Х .; Сіммонс, Т .; Шах, Р .; Вулф, С .; Льюїс, КМ; Вашингтон, М .; Наяк, СК; Талапатра, С .; Кар, С. (2010): Стабільні водні дисперсії неценатно-функціоналізованого графена з графіту та їх багатофункціональні високоефективні додатки. Nano Letters 10/2010. С. 4295-4301.
  • Дитина Т. Т.; Рамапрабху С. (2011): Покращений конвективний теплообмін з використанням графен-дисперсних нанофлюідів. Nanoscale Research Letters 6: 289, 2011.
  • Bang, JH; Суслик, К.С. (2010): застосування ультразвуку до синтезу наноструктурованих матеріалів. Розширений матеріал 22/2010. С. 1039-1059.
  • Чой, Е.Й .; Хан, TH; Hong, J .; Кім, JE; Lee, SH; Кім, HW; Кім, С.О. (2010): нековалентна функціоналізація графена з кінцевими функціональними полімерами. Журнал "Хімія матеріалів" 20/2010, с. 1907-1912.
  • Гейм, А.К. (2009): Графен: стан та перспективи. Наука 324/2009. с. 1530-1534. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0906/0906.3799.pdf
  • Грін, А. А.; Герсам М.С. (2010): Нові методи для одержання монодисперсних графенових дисперсій. Journal of Physical Chemistry Letters, 2010. с. 544-549.
  • Го, J .; Чжу, С .; Чен, Z .; Li, Y .; Ю., З .; Лю, З .; Лю, Q .; Li, J .; Фен, с .; Чжан Д. (2011): Сонохімічний синтез ТіО (2 наночастинки на графені для використання як фотокаталізатор
  • Хасан, К. вул. Сандберг, штат Мічіган; Нур, О .; Willander, M. (2011): стабілізація полікатування графенових суспензій. Нанорозвідувальні дослідження Letters 6: 493, 2011.
  • Лю Х, .; Пан, Л .; Lv, T .; Чжу, Г .; Лу, Т .; Сонце, З .; Sun, C. (2011): Мікрохвильовий синтез композицій з графіновим оксидом, окислюваних ТіО2, для фотокаталітичного відновлення Cr (VI). RSC Advances 2011 року.
  • Маліг, J .; Englert, JM; Хірш, А.; Гулді, Д.М. (2011): мокра хімія графена. Інтерфейс електрохімічного суспільства, весна 2011 р. 53-56.
  • О, У. Ч. .; Чен, М.Л .; Чжан К.; Чжан, FJ; Янг, WK (2010): Вплив термічного та ультразвукового лікування на формування нанорозмірних оксидів графену. Журнал Корейського фізичного товариства 4/56, 2010. стор. 1097-1102.
  • Sametband, M .; Шиманович, У .; Gedanken, A. (2012): Мікросфери оксиду графену, отримані за допомогою простого одностадійного методу ультразвуку. Новий журнал з хімії 36/2012. стор 36-39.
  • Савоскин М.В .; Мочалін В.Н. Ярошенко А.П .; Лазарєва, Н.І .; Констанітінова, ТЕ; Барусков, IV; Прокоф'єв І.Г. (2007): вуглецеві нанопрограми, отримані з графітових інтеркаляційних сполук акцепторного типу. Carbon 45/2007. с. 2797-2800.
  • Станкович, С .; Дікін Д.А .; Piner, RD; Kohlhaas, KA; Kleinhammes, A .; Цзя, Y .; Ву, Y .; Нгуен, штат Техас; Рюфф, Р.С. (2007): Синтез наношетів на основі графену шляхом хімічного відновлення відшарованого оксиду графіту. Carbon 45/2007. Стор. 1558-1565.
  • Стенгл, В.; Попелькова Д.; Vlácil, P. (2011): TiO2-графеновий нанокомпозит як високопродуктивні фотокаталізатори. В: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. Стор. 25209-25218.
  • Суслик, К.С. (1998): Кірк-Отмер Енциклопедія хімічної технології; 4-е Ред. Дж. Вілей & Сини: Нью-Йорк, 1998, т. 26, с. 517-541.
  • Вікуліс, Л.М .; Мак, Джейдж; Канер, Р.Б. (2003): хімічний шлях до вуглецевих наноскопів. Наука, 299/1361; 2003 р.
  • Сюй, Н .; Суслик, К.С. (2011): Сонохімічна підготовка функціоналізованих графенів. В: Journal of American Chemical Society 133/2011. с. 9148-9151.
  • Чжан, В.; Він, св .; Jing, X. (2010): Підготовка стабільної дисперсії графену з високою концентрацією за допомогою ультразвуку. Журнал фізичної хімії B 32/114, 2010. стор. 10368-10373.
  • Цзяо, Л .; Чжан Л .; Ванг Х .; Дьянков Г .; Дай, Н. (2009): вузькі графенові нанорибінки з вуглецевих нанотрубок. Природа 458/2009, сс. 877-880.
  • Парк, Г .; Лі, КГ; Лі, SJ; Парк, TJ; Wi, R .; Кім, DH (2011): Синтез нанокомпозитів графен-золота через сонохімічне відновлення. Журнал Нанознавства та Нанотехнології 7/11, 2011. С. 6095-6101.
  • Чжан, RQ; Де Сакар А. (2011): Теоретичні дослідження з формування, налагодження властивостей та адсорбції графенових сегментів. В: М. Сергій (ред.): Фізика та застосування графена - теорія. InTech 2011. с. 3-28.


Факти варті знати

Що таке Графен?

Графіт складається з двовимірних аркушів sp2-гібридизованих, гексагонально розташованих атомів вуглецю - графену, які регулярно складаються. Атоми-тонкі аркуші графена, які утворюють графіт через незв'язувальні взаємодії, характеризуються крайньою більшою поверхнею. Графен показує надзвичайну силу та твердість у своїх базальних рівнях, що досягає приблизно. 1020 ГПа майже міцність алмазу.
Графен є основним структурним елементом деяких аллотропів, у тому числі, крім графіту, також вуглецевих нанотрубок та фулеренів. Використовується як добавки, графен може суттєво покращити електричні, фізичні, механічні та бар'єрні властивості полімерних композитів при дуже низьких навантаженнях. (Xu, Suslick 2011)
За своїми властивостями графен є матеріалом надплати і, таким чином, перспективним для галузей виробництва композитів, покриттів або мікроелектроніки. Гейім (2009) коротко описує графен як суперматериал у наступному абзаці:
"Це найтонший матеріал у Всесвіті і найсильніший, коли-небудь виміряний. Носії його заряду демонструють гігантську внутрішню рухливість, мають найменшу ефективну масу (це нуль) і можуть проходити довгі відстані мікрометрів без розсіювання при кімнатній температурі. Графен може підтримувати щільність струму на 6 замовлень вищою, ніж мідь, показує рекордну теплопровідність і жорсткість, непроникність для газів та узгоджує такі суперечливі якості, як крихкість і пластичність. Транспортування електронів у графені описується рівнянням Дірака, що дозволяє досліджувати релятивістські квантові явища в настільному експерименті ".
Завдяки цим видатним характеристикам матеріалу, графен є одним з найбільш перспективних матеріалів і стоїть у фокусі наноматериалів.

Потенційні програми для графена

Біологічне застосування: приклад для ультразвукового графенового препарату та його біологічного застосування дано в дослідженні "Синтез нанокомпозитів графена-золота шляхом сонохімічного відновлення", Парк та ін. (2011 р.), Де синтезовано нанокомпозит з понижених наночастинок з оксидом графену (Au), одночасно зменшуючи іони золота та наносячи наночастинки золота на поверхню відновленого оксиду графену. Для полегшення скорочення іонів золота та генерації кисневих функцій для закріплення наночастинок золота на відновленому оксиді графена, до суміші реагентів застосовували ультразвукове опромінення. Виробництво біомолекул, модифікованих пептидом, що зв'язує золото, показує потенціал ультразвукового опромінення графенових та графенових композитів. Отже, ультразвук, здається, є підходящим інструментом для підготовки інших біомолекул.
Електроніка: Графен є високофункціональним матеріалом для електронного сектора. Під високою рухливістю носіїв заряду всередині графенової сітки графен має найвищий інтерес для розробки швидкодіючих електронних компонентів у високочастотній технології.
Датчики: ультразвукове відшаровене графен може бути використаний для виробництва високочутливих і вибіркових кондуктометричних датчиків (чия стійкість швидко змінюється >10 000% у парі насиченого етанолу), а також ультраконденсатори з надзвичайно високою питомою ємкістю (120 F / g), щільністю потужності (105 кВт / кг) та щільністю енергії (9,2 Вт / кг). (An et al., 2010)
Алкоголь: для виробництва алкоголю: білим застосуванням може бути використання графена у виробництві алкоголю, там графенові мембрани можуть бути використані для перемішування алкоголю та для того, щоб зробити алкогольні напої сильнішими.
Як найсильніший, найбільш електропровідний і один з найлегших і найбільш гнучких матеріалів, графен є перспективним матеріалом для сонячних елементів, каталізу, прозорих та емісійних дисплеїв, мікромеханічних резонаторів, транзисторів, як катод в елементах літій-повітря, для надчуттєвих хімічних детекторів , електропровідні покриття, а також використання в якості добавок у сполуках.

Принцип роботи ультразвуку високої потужності

При звукоізолюючій рідині при високій інтенсивності звукові хвилі, які поширюються в рідкі середовища, приводять до чергових циклів високого тиску (стиснення) і низького тиску (розрідження) з частотою залежно від частоти. Під час циклу низького тиску ультразвукові хвилі високої інтенсивності утворюють у рідині невеликі вакуумні бульбашки або порожнини. Коли бульбашки досягають об'єму, на якому вони більше не можуть поглинати енергію, вони сильно колапсуються під час циклу високого тиску. Це явище називається кавітацією. Під час імплозії дуже високі температури (близько 5000 K) і тисків (приблизно 2000 атм) досягаються локально. Вплив мовлення кавітація Пузир також призводить до швидкості рідини до 280 м / с. (Suslick 1998) Ультразвукова кавітація викликає хімічні та фізичні ефекти, які можуть бути застосовані до процесів.
Кавітація-індукована Сонохімія забезпечує унікальну взаємодію енергії з речовиною, з гарячими плямами всередині бульбашок ~ 5000 К, тисками ~ 1000 бар, швидкості нагріву та охолодження >1010K s-1; ці надзвичайні умови дозволяють отримати доступ до ряду місць хімічного реакції, які зазвичай недоступні, що дозволяє синтезувати широкий спектр незвичайних наноструктурованих матеріалів. (Bang 2010)