Grafen nanoplateletlari prob-sonikatsiya orqali sintezlanadi va tarqaladi

Grafen nanoplateletlari (GNP) sonikatorlar yordamida yuqori samaradorlik va ishonchlilik bilan sintezlanishi va tarqalishi mumkin. Yuqori intensiv ultratovush grafitni eksfoliatsiya qilish va ko'pincha grafen nanoplateletlari deb ataladigan bir necha qatlamli grafenni olish uchun qo'llaniladi. Sonication shuningdek, past va yuqori yopishqoq suspenziyalarda grafen nanoplateletlarning ajoyib taqsimlanishiga erishishda ham ustunlik qiladi.

Grafen nanoplateletlarni qayta ishlash – Sonication bilan yuqori natijalar

Grafen nanoplateletlarini qayta ishlash uchun zond tipidagi sonikatorlar eng samarali, ishonchli va ishlatish uchun qulay vositadir. Ultrasonikatsiya grafen nanoplateletlarini sintez qilish, dispersiyalash va funksionallashtirish uchun qo'llanilishi mumkinligi sababli, sonikatorlar grafen bilan bog'liq ko'plab ilovalar uchun ishlatiladi:

• Eksfoliatsiya va sintez Prob tipidagi sonikatorlar grafitni bir necha qatlamli grafen yoki grafen nanoplateletlarga chiqarish uchun ishlatiladi. Yuqori intensivlikdagi ultratovush qatlamlararo kuchlarni buzadi va grafitni kichikroq, alohida grafen varaqlariga ajratadi.
• Dispersiya: Grafen nanoplateletlarining suyuq muhitda bir xil tarqalishiga erishish grafen bilan bog'liq barcha ilovalar uchun juda muhimdir. Prob tipidagi sonikatorlar nanoplateletlarni suyuqlik bo'ylab teng ravishda tarqatishi mumkin, bu aglomeratsiyani oldini oladi va barqaror suspenziyani ta'minlaydi.
• Funktsionalizatsiya: Sonication grafen nanoplateletlarining funktsional guruhlari yoki molekulalarining sirtlariga biriktirilishini rag'batlantirish orqali ularning funktsionalizatsiyasini osonlashtiradi. Ushbu funksionallashtirish ularning muayyan polimerlar yoki materiallar bilan muvofiqligini oshiradi.

Sonication orqali grafen nanoplatelet sintezi

Grafen nanoplateletlari ultratovush yordamida grafitni eksfoliatsiya qilish orqali sintezlanishi mumkin. Shuning uchun, grafit suspenziyasi prob tipidagi ultratovushli gomogenizator yordamida soniklanadi. Ushbu protsedura juda past (masalan, og'irligi 4% yoki undan past) va yuqori qattiq (masalan, og'irlik% 10 yoki undan yuqori) kontsentratsiyasi bilan sinovdan o'tgan.
 
Ghanem and Rehim (2018) report the ultrasonic exfoliation of graphite in water with the aid of sodium dodecyl benzene sulfonate (SDS) in order to prepare dispersed graphene nanoplatelets using a the probe-type sonicator UP 100H allowed for the successful preparation of defect-free few-layer graphene (>5). The following precursor was used: reduced graphene nanosheets were prepared via Hummer method and treated with two additional steps, oxidation of graphite followed by reduction of graphene oxide. Thereby, dispersed graphene nanoplatelets were obtained in water via solvent dispersion method (see scheme below). Graphite layers were exfoliated with sonication using the probe-type sonicator UP100H (100 W). 0.25 g SDS was dissolved in 150 mL deionized water and then 0.5 g of graphite was added. The graphite solution was sonicated for 12h in an ice bath and then the suspension solution was centrifuged at 686× g for 30 min to remove the large particles. The precipitate was discarded and supernatant was re-centrifuged for 90 min at 12,600× g. The obtained dispersed graphene nanoplatelets were washed well several times to get rid of the surfactant. Finally, the product was dried at 60ºC under vacuum.

Olingan grafen nano varaqlarining yuqori aniqlikdagi transmissiya elektron mikroskopi tasvirlariultratovushli suvli fazali dispersiya va Hummer usuli orqali.(O'rganish va grafik: Ghanem va Rehim, 2018)

Grafen varaqlari va nanoplateletlar o'rtasidagi farq nima?

Grafen varaqlari va grafen nanoplateletlari ikkalasi ham olti burchakli panjarada joylashgan uglerod atomlarining bir qatlami bo'lgan grafendan tashkil topgan nanomateriallardir. Ba'zan grafen varaqlari va grafen nanoplateletlari bir-birini almashtiradigan atamalar sifatida ishlatiladi. Ammo ilmiy jihatdan, bu grafen nanomateriallari o'rtasida bir nechta farqlar mavjud: grafen varaqlari va grafen nanoplateletlari o'rtasidagi asosiy farq ularning tuzilishi va qalinligidadir. Grafen varaqlari uglerod atomlarining bir qatlamidan iborat va nihoyatda yupqa, grafen nanoplateletlari esa qalinroq va bir nechta qatlamli grafen qatlamlaridan iborat. Ushbu strukturaviy farqlar ularning xususiyatlariga va muayyan ilovalar uchun mosligiga ta'sir qilishi mumkin. Zond tipidagi sonikatorlardan foydalanish grafen bir qatlamli grafen varaqlarini, shuningdek, bir necha qatlamli stacked grafen nanoplateletlarini sintez qilish, tarqatish va funksionallashtirish uchun juda samarali va samarali usuldir.

UP100H sonikatoridan foydalangan holda grafen nanoplateletlarining ultratovushli sintezini vizual tasvirlash.(O'rganish va grafik: Ghanem va Rehim, 2018)

Sonication yordamida grafen nanoplateletlarning tarqalishi

Grafen nanoplateletlarining (GNP) bir xil tarqalishi turli xil ilovalarda juda muhimdir, chunki u olingan materiallar yoki mahsulotlarning xususiyatlari va ishlashiga bevosita ta'sir qiladi. Shu sababli, turli sohalarda grafen nanoplatelet dispersiyasi uchun sonikatorlar o'rnatiladi. Quyidagi sanoat tarmoqlari ultratovushli energiyadan foydalanishning yorqin namunasidir:
 

• Nano-kompozitlar: Grafen nanoplateletlari mexanik, elektr va issiqlik xususiyatlarini yaxshilash uchun polimerlar kabi turli xil nanokompozit materiallarga kiritilishi mumkin. Prob tipidagi sonikatorlar polimer matritsasi ichidagi nanoplateletlarni bir xilda tarqatishga yordam beradi, natijada materialning ishlashi yaxshilanadi.
• Elektrodlar va batareyalar: Grafen nanoplateletlari batareyalar va superkondensatorlar uchun yuqori samarali elektrodlarni ishlab chiqishda qo'llaniladi. Sonication energiyani saqlash imkoniyatlarini yaxshilaydigan sirt maydoni kattalashgan yaxshi tarqalgan grafen asosidagi elektrod materiallarini yaratishga yordam beradi.
• Kataliz: Sonication grafen nanoplateletlari asosida katalitik materiallarni tayyorlash uchun ishlatilishi mumkin. Grafen yuzasida katalitik nanopartikullarning bir xil tarqalishi turli reaktsiyalarda katalitik faollikni oshirishi mumkin.
• Sensorlar: Grafen nanoplateletlari turli xil ilovalar, jumladan gazni aniqlash, biosensing va atrof-muhit monitoringi uchun sensorlar ishlab chiqarishda ishlatilishi mumkin. Sonication sensor materiallarida nanoplateletlarning bir hil taqsimlanishini ta'minlaydi, bu esa sezgirlik va ishlashning yaxshilanishiga olib keladi.
• Qoplamalar va filmlar: Prob tipidagi sonikatorlar elektronika, aerokosmik va himoya qoplamalarida qo'llanilishi uchun grafen nanoplatelet asosidagi qoplamalar va plyonkalarni tayyorlash uchun ishlatiladi. Ushbu ilovalar uchun bir xil dispersiya va substratlarga to'g'ri yopishish juda muhimdir.
• Biomedikal ilovalar: Biyomedikal ilovalarda grafen nanoplateletlari dori vositalarini etkazib berish, tasvirlash va to'qimalarni muhandislik qilish uchun ishlatilishi mumkin. Sonication ushbu ilovalarda ishlatiladigan grafenga asoslangan nanozarralar va kompozitlarni tayyorlashda yordam beradi.

(b) X3000 va (c) X8000 da grafen nanoplateletlarining SEM tasvirlari(O'rganish va tasvirlar: ©Alizadeh va boshqalar, 2018)

Ultrasonik grafen nanoplatelet dispersiyasi uchun fan tomonidan tasdiqlangan natijalar

Olimlar ko'plab tadqiqotlarda grafen nanoplateletlarini sintez qilish va dispersiyalash uchun Hielscher sonikatorlaridan foydalanganlar va ultratovush ta'sirini kuchli sinovdan o'tkazishgan. Quyida siz grafen nanoplateletlarini suvli shlaklar, ekspoy qatronlar yoki ohak kabi turli xil aralashmalarga muvaffaqiyatli aralashtirish uchun bir nechta misollarni topishingiz mumkin.
 
Grafen nanoplateletlarining ishonchli, tez bir tekis tarqalishining umumiy tartibi quyidagi protsedura hisoblanadi:
Tarqatish uchun grafen nanoplateletlari grafen varaqlarining aglomeratsiyasini oldini olish uchun Hielscher ultratovushli mikser UP400S yordamida deyarli bir soat davomida sof aseton ichida sonikatsiya qilindi. Bug'lanish orqali aseton butunlay olib tashlandi. Keyin grafen nanoplateletlari epoksi tizimining 1 og'irligida qo'shildi va epoksi qatronida 90 Vt quvvatda 15 daqiqa davomida sonikatsiya qilindi.
(Qarang: Chaqir va boshq., 2016)
 
Yana bir tadqiqot grafen nanoplateletlarini qo'shish orqali ionli suyuqlik asosidagi nanoziqliklar (ionanoquliklar) ning mustahkamlanishini o'rganadi. Yuqori dispersiya uchun grafen nanoplateletlari, ionli suyuqlik va natriy dodesil benzol sulfonat aralashmasi Hielscher prob tipidagi sonikator UP200S yordamida taxminan 90 daqiqa davomida bir hil holga keltirildi.
(qarang. Alizade va boshqalar, 2018)

 
Tragazikis va boshqalar. (2019) grafen nanoplateletlarning ohak tarkibiga samarali qo'shilishi haqida xabar beradi. Shu sababli, suvli grafen suspenziyalari oddiy musluk suvi va plastifikator aralashmalarida nanoplateletlarni qo'shish orqali ishlab chiqarilgan - natijada olingan materiallarda kerakli maqsadli tarkib bilan yozilgan og'irliklarda - 2 daqiqa davomida magnit aralashtirish. Süspansiyonlar 24 kHz chastotada 4500 J? min quvvat o'tkazuvchanligini ta'minlovchi 22 mm-sonotrod bilan jihozlangan Hielscher UP400S qurilmasi (Hielscher Ultrasonics GmbH) yordamida xona haroratida 90 daqiqa davomida ultratovush orqali homogenlashtirildi. Energiya tezligi va sonikatsiya davomiyligining o'ziga xos kombinatsiyasi suspenziya sifatining ultratovush parametrlarining ta'sirini sinchkovlik bilan o'rganishdan so'ng optimal deb belgilandi.
(Qarang: Tragazikis va boshqalar, 2019)
 
Zainal va boshqalar. (2018) o'z tadqiqotlarida sonikatsiya kabi to'g'ri dispersiya texnikasi grafen nanoplateteletlari kabi nanomateriallar plomba materiallarining xususiyatlarini yaxshilashini ta'minlaydi. Buning sababi shundaki, dispersiya epoksi grout kabi yuqori sifatli nanokompozitlarni ishlab chiqarish uchun eng muhim omillardan biridir.

Grafen nanoplateletlarni qayta ishlash uchun yuqori samarali sonikatorlar

Hielscher Ultrasonics nanomateriallarni qayta ishlash uchun yuqori samarali ultrasonikatorlar haqida gap ketganda bozor rahbari hisoblanadi. Hielscher zond tipidagi sonikatorlar butun dunyo bo'ylab laboratoriyalarda va sanoat sharoitida turli xil ilovalar, jumladan grafen nanoplateletlarini qayta ishlash uchun ishlatiladi.
Zamonaviy texnologiyalar, nemis mahorati va muhandisligi, shuningdek, uzoq muddatli texnik tajriba Hielscher Ultrasonics-ni ultratovushni muvaffaqiyatli qo'llash uchun sizning afzal ko'rgan hamkoringizga aylantiradi.

Dizayn, ishlab chiqarish va konsalting – Germaniyada ishlab chiqarilgan sifat

Hielscher ultrasonikatorlari eng yuqori sifat va dizayn standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va qulay foydalanish ultratovush qurilmalarimizni sanoat ob'ektlariga silliq integratsiya qilish imkonini beradi. Qo'pol sharoitlar va talabchan muhit Hielscher ultrasonikatorlari tomonidan osonlik bilan hal qilinadi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya bo'lib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanuvchilarga qulaylik bilan ajralib turadigan yuqori samarali ultratovush apparatlariga alohida e'tibor beradi. Albatta, Hielscher ultrasonikatorlari Idoralar talablariga javob beradi va UL, CSA va RoHs talablariga javob beradi.

Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan: