Zondli ultratovush bilan ishlov berish orqali sintezlangan va dispersiyalangan grafen nanoplastinkalari
Grafen nanoplastinkalarini (GNPs) ultratovush qurilmalari yordamida yuqori samaradorlik va ishonchlilik bilan sintezlash va dispersiyalash mumkin. Yuqori intensivlikdagi ultratovush bilan ishlov berish grafitni qatlamlarga ajratish va koʻpincha grafen nanoplastinkalari deb ataladigan kam qatlamli grafenni olish uchun qoʻllanadi. Ultratovush bilan ishlov berish qovushqoqligi past suspenziyalarda ham, yuqori qovushqoqlikdagi suspenziyalarda ham grafen nanoplastinkalarining aʼlo darajada taqsimlanishini taʼminlashda yuqori natija beradi.
Grafen nanoplastinkalariga ishlov berish – ultratovush bilan ishlov berish orqali ustun natijalar
Grafen nanoplastinkalariga ishlov berish uchun zondli ultratovush qurilmalari eng samarali, ishonchli va ishlatish oson boʻlgan vositadir. Ultratovush bilan ishlov berish grafen nanoplastinkalarini sintezlash, dispersiyalash va funksionallashtirish uchun qoʻllanishi mumkinligi sababli, ultratovush qurilmalari grafen bilan bogʻliq koʻplab vazifalarda ishlatiladi:
- Qatlamlarga ajratish va sintezlash Zondli ultratovush qurilmalari grafitni kam qatlamli grafen yoki grafen nanoplastinkalariga ajratish uchun ishlatiladi. Yuqori intensivlikdagi ultratovush bilan ishlov berish qatlamlararo kuchlarni buzadi va grafitni kichikroq, alohida grafen varaqlariga ajratadi.
- Dispersiyalash: Suyuq muhitda grafen nanoplastinkalarining bir tekis dispersiyalanishiga erishish grafen bilan bogʻliq barcha qoʻllanishlar uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega. Zondli ultratovush qurilmalari nanoplastinkalarni suyuqlikning butun hajmi boʻylab bir tekis dispersiyalashi, aglomeratsiyaning oldini olishi va barqaror suspenziyani taʼminlashi mumkin.
- Funksionallashtirish: Ultratovush bilan ishlov berish funksional guruhlar yoki molekulalarning grafen nanoplastinkalari yuzasiga birikishini ragʻbatlantirib, ularni funksionallashtirishni osonlashtiradi. Bunday funksionallashtirish ularning muayyan polimerlar yoki materiallar bilan mosligini oshiradi.
Grafen nanoplastinkalarini sanoat miqyosida oqimda dispersiyalash uchun ultratovushli dispersiyalash tizimi
Ultratovush bilan ishlov berish orqali grafen nanoplastinkalarini sintezlash
Grafen nanoplastinkalarini ultratovush yordamida grafitni qatlamlarga ajratish orqali sintezlash mumkin. Buning uchun grafit suspenziyasiga zondli ultratovushli gomogenizator yordamida ultratovush bilan ishlov beriladi. Ushbu jarayon qattiq moddaning juda past (masalan, 4wt% yoki undan kam) konsentratsiyalaridan yuqori (masalan, 10wt% yoki undan koʻp) konsentratsiyalarigacha sinovdan oʻtkazilgan.
Ghanem va Rehim (2018) dispersiyalangan grafen nanoplastinkalarini tayyorlash maqsadida natriy dodesilbenzolsulfonat (SDS) yordamida suvda grafitni ultratovush bilan qatlamlarga ajratish haqida xabar beradilar; bunda UP 100H zondli ultratovush qurilmasidan foydalanish nuqsonsiz kam qatlamli grafenni (>5) muvaffaqiyatli tayyorlash imkonini bergan. Quyidagi prekursor ishlatilgan: qaytarilgan grafen nanovaraqlari Hummer usuli orqali tayyorlangan va ikkita qoʻshimcha bosqichdan oʻtkazilgan – grafit oksidlangan, soʻng grafen oksidi qaytarilgan. Shu tariqa, erituvchida dispersiyalash usuli orqali suvda dispersiyalangan grafen nanoplastinkalari olingan (quyidagi sxemaga qarang). Grafit qatlamlari UP100H (100 W) zondli ultratovush qurilmasi yordamida ultratovush bilan ishlov berish orqali ajratilgan. 0,25 g SDS 150 mL deionizatsiyalangan suvda eritilgan, soʻng 0,5 g grafit qoʻshilgan. Grafit eritmasiga muzli vannada 12h davomida ultratovush bilan ishlov berilgan, soʻng yirik zarrachalarni olib tashlash uchun suspenziya eritmasi 686× g da 30 min davomida sentrifugalangan. Choʻkma tashlab yuborilgan va choʻkma ustidagi suyuqlik 12 600× g da 90 min davomida qayta sentrifugalangan. Olingan dispersiyalangan grafen nanoplastinkalari sirt faol moddani yoʻqotish uchun bir necha marta yaxshilab yuvilgan. Nihoyat, mahsulot vakuum ostida 60ºC da quritilgan.
Olingan grafen nanovaraqlarining yuqori aniqlikdagi transmission elektron mikroskop tasvirlari
– ultratovush yordamidagi suv fazasida dispersiyalash va Hummer usuli orqali.
(Tadqiqot va grafik: Ghanem va Rehim, 2018)
Grafen varaqlari va nanoplastinkalari oʻrtasidagi farq nimada?
Grafen varaqlari ham, grafen nanoplastinkalari ham grafendan tashkil topgan nanomateriallardir; grafen esa olti burchakli panjarada joylashgan uglerod atomlarining bitta qatlamidir. Baʼzan grafen varaqlari va grafen nanoplastinkalari atamalari bir-birining oʻrnida ishlatiladi. Ammo ilmiy jihatdan bu grafen nanomateriallari oʻrtasida bir nechta farq bor: grafen varaqlari va grafen nanoplastinkalari oʻrtasidagi asosiy farq ularning tuzilishi va qalinligidadir. Grafen varaqlari uglerod atomlarining bitta qatlamidan iborat va nihoyatda yupqa, grafen nanoplastinkalari esa qalinroq boʻlib, ustma-ust joylashgan bir nechta grafen qatlamidan tashkil topgan. Ushbu tuzilish farqlari ularning xossalariga va muayyan qoʻllanishlar uchun yaroqliligiga taʼsir qilishi mumkin. Zondli ultratovush qurilmalaridan foydalanish bir qatlamli grafen varaqlarini ham, ustma-ust joylashgan kam qatlamli grafen nanoplastinkalarini ham sintezlash, dispersiyalash va funksionallashtirish uchun juda samarali va unumli usuldir.
UP100H ultratovush qurilmasi yordamida grafen nanoplastinkalarining ultratovushli sintezini koʻrsatuvchi grafik
(Tadqiqot va grafik: Ghanem va Rehim, 2018)
UP400St zondli ultratovush qurilmasi grafen nanoplastinkalari dispersiyalarini tayyorlash uchun
Ultratovush bilan ishlov berish yordamida grafen nanoplastinkalarini dispersiyalash
Grafen nanoplastinkalarining (GNPs) bir tekis dispersiyalanishi turli qoʻllanishlarda hal qiluvchi ahamiyatga ega, chunki u hosil boʻladigan materiallar yoki mahsulotlarning xossalari va samaradorligiga bevosita taʼsir qiladi. Shu sababli turli sanoat tarmoqlarida grafen nanoplastinkalari dispersiyalarini tayyorlash uchun ultratovush qurilmalari oʻrnatiladi. Quyidagi sanoat tarmoqlari yuqori quvvatli ultratovushdan foydalanishning yaqqol misollaridir:
- Nanokompozitlar: Grafen nanoplastinkalari turli nanokompozit materiallarga, masalan, polimerlarga, ularning mexanik, elektr va issiqlik xossalarini yaxshilash uchun qoʻshilishi mumkin. Zondli ultratovush qurilmalari nanoplastinkalarni polimer matritsasi ichida bir tekis dispersiyalashga yordam beradi, natijada materialning foydalanish xususiyatlari yaxshilanadi.
- Elektrodlar va batareyalar: Grafen nanoplastinkalari batareyalar va superkondensatorlar uchun yuqori samarali elektrodlarni ishlab chiqishda ishlatiladi. Ultratovush bilan ishlov berish sirt maydoni kattalashtirilgan, yaxshi dispersiyalangan grafen asosidagi elektrod materiallarini yaratishga yordam beradi, bu esa energiyani saqlash imkoniyatlarini yaxshilaydi.
- Kataliz: Ultratovush bilan ishlov berish grafen nanoplastinkalari asosidagi katalitik materiallarni tayyorlash uchun qoʻllanishi mumkin. Katalitik nanozarrachalarning grafen yuzasida bir tekis dispersiyalanishi turli reaksiyalarda katalitik faollikni oshirishi mumkin.
- Sensorlar: Grafen nanoplastinkalari turli vazifalar, jumladan, gazlarni aniqlash, biologik aniqlash va atrof-muhit monitoringi uchun sensorlar tayyorlashda qoʻllanishi mumkin. Ultratovush bilan ishlov berish nanoplastinkalarning sensor materiallarida bir jinsli taqsimlanishini taʼminlaydi, natijada sezgirlik va samaradorlik yaxshilanadi.
- Qoplamalar va yupqa pardalar: Zondli ultratovush qurilmalari elektronika, aerokosmik soha va himoya qoplamalarida qoʻllash uchun grafen nanoplastinkalari asosidagi qoplamalar va yupqa pardalarni tayyorlashda ishlatiladi. Ushbu qoʻllanishlar uchun bir tekis dispersiyalanish va tagliklarga tegishlicha yopishish hal qiluvchi ahamiyatga ega.
- Biotibbiy qoʻllanishlar: Biotibbiy qoʻllanishlarda grafen nanoplastinkalari dori vositalarini yetkazib berish, tasvirlash va toʻqima muhandisligida ishlatilishi mumkin. Ultratovush bilan ishlov berish ushbu qoʻllanishlarda ishlatiladigan grafen asosidagi nanozarrachalar va kompozitlarni tayyorlashga yordam beradi.
Grafen nanoplastinkalarining (b) X3000 va (c) X8000 kattalashtirishdagi SEM tasvirlari
(Tadqiqot va tasvirlar: ©Alizadeh va boshq., 2018)
Grafen nanoplastinkalarining ultratovush yordamida tayyorlangan dispersiyalari uchun ilmiy tasdiqlangan natijalar
Olimlar koʻplab tadqiqotlarda grafen nanoplastinkalarini sintezlash va dispersiyalash uchun Hielscher ultratovush qurilmalaridan foydalanganlar va ultratovush bilan ishlov berish taʼsirlarini puxta sinab koʻrganlar. Quyida grafen nanoplastinkalarini suvli suspenziyalar, epoksi smolalar yoki qurilish qorishmasi kabi turli aralashmalarga muvaffaqiyatli aralashtirishning bir nechta misolini topishingiz mumkin.
Grafen nanoplastinkalarini ishonchli, tez va bir tekis dispersiyalash uchun keng tarqalgan tartib quyidagicha:
Dispersiyalash uchun grafen varaqlarining aglomeratsiyasini oldini olish maqsadida grafen nanoplastinkalariga sof atseton ichida Hielscher UP400S ultratovushli aralashtirgichi yordamida deyarli bir soat davomida ultratovush bilan ishlov berilgan. Atseton bugʻlatish orqali butunlay chiqarib tashlangan. Soʻng grafen nanoplastinkalari epoksi tizimining 1 wt % miqdorida qoʻshilgan va epoksi smola ichida 90W quvvatda 15 daqiqa davomida ultratovush bilan ishlov berilgan.
(qarang: Cakir va boshq., 2016)
Boshqa bir tadqiqotda grafen nanoplastinkalarini qoʻshish orqali ionli suyuqlik asosidagi nanosuyuqliklarni (ionanosuyuqliklarni) yaxshilash oʻrganiladi. Yaxshiroq dispersiyalanish uchun grafen nanoplastinkalari, ionli suyuqlik va natriy dodesilbenzolsulfonat aralashmasi Hielscher UP200S zondli ultratovush qurilmasi yordamida taxminan 90 min davomida gomogenizatsiyalangan.
(qarang: Alizadeh va boshq., 2018)
Tragazikis va boshq. (2019) grafen nanoplastinkalarining qurilish qorishmasiga samarali qoʻshilishi haqida xabar beradilar. Buning uchun oddiy vodoprovod suvi va plastifikator aralashmalariga nanoplastinkalar – hosil boʻladigan materiallardagi istalgan maqsadli tarkib miqdorlariga koʻra belgilangan massalarda – qoʻshilib, keyin 2 min davomida magnitli aralashtirish orqali suvli grafen suspenziyalari tayyorlangan. Suspenziyalar xona haroratida 90 min davomida ultratovush bilan ishlov berish orqali gomogenizatsiyalangan; bunda 24 kHz chastotada 4500 J/min energiya uzatish tezligini taʼminlaydigan 22mm-sonotrod bilan jihozlangan Hielscher UP400S qurilmasi (Hielscher Ultrasonics GmbH) ishlatilgan. Energiya uzatish tezligi va ultratovush bilan ishlov berish davomiyligining ushbu aniq kombinatsiyasi ultratovush bilan ishlov berish parametrlarining suspenziya sifatiga taʼsirini sinchkovlik bilan oʻrganish natijasida eng maqbul deb topilgan.
(qarang: Tragazikis va boshq., 2019)
Zainal va boshq. (2018) oʻz tadqiqotlarida ultratovush bilan ishlov berish kabi toʻgʻri dispersiyalash usuli grafen nanoplastinkalari kabi nanomateriallarning toʻldiruvchi materiallar xossalarini yaxshilay olishini taʼminlashini taʼkidlaydilar. Buning sababi shundaki, dispersiyalash epoksi toʻldiruvchi qorishma kabi yuqori sifatli nanokompozitlarni ishlab chiqarishning eng muhim omillaridan biridir.
Sof BMIM-PF6 namunasi (chapda) va ultratovush yordamida tayyorlangan 2% wt. konsentratsiyali ionanosuyuqlik (oʻngda).
(Tadqiqot va tasvirlar: ©Alizadeh va boshq., 2018)
Grafen nanoplastinkalariga ishlov berish uchun yuqori samarali ultratovush qurilmalari
Hielscher Ultrasonics nanomateriallarga ishlov berish uchun yuqori samarali ultratovush qurilmalari bozorining yetakchisidir. Hielscher zondli ultratovush qurilmalari butun dunyo laboratoriyalari va sanoat sharoitlarida turli vazifalar, jumladan, grafen nanoplastinkalariga ishlov berish uchun ishlatiladi.
Eng zamonaviy texnologiya, Germaniya ishlab chiqarish mahorati va muhandisligi, shuningdek, koʻp yillik texnik tajriba Hielscher Ultrasonics kompaniyasini ultratovushni muvaffaqiyatli qoʻllashingiz uchun afzal hamkorga aylantiradi.
- yuqori samaradorlik
- eng zamonaviy texnologiya
- ishonchlilik va mustahkamlik
- sozlanadigan, aniq jarayon boshqaruvi
- partiyali va oqimda ishlov berish
- har qanday hajm uchun
- intellektual dasturiy taʼminot
- aqlli funksiyalar (masalan, dasturlash imkoniyati, maʼlumotlarni qayd etish, masofadan boshqarish)
- ishlatish oson va xavfsiz
- kam texnik xizmat talab qiladi
- CIP (joyida tozalash)
Loyihalash, ishlab chiqarish va maslahat berish – Germaniyada yaratilgan sifat
Hielscher ultratovush qurilmalari oʻzining eng yuqori sifat va loyihalash standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va ishlatish qulayligi ultratovush qurilmalarimizni sanoat obyektlariga oson integratsiyalash imkonini beradi. Hielscher ultratovush qurilmalari ogʻir sharoitlar va talabchan muhitlarga oson bardosh beradi.
Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya boʻlib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanish qulayligini oʻzida mujassam etgan yuqori samarali ultratovush qurilmalariga alohida eʼtibor qaratadi. Albatta, Hielscher ultratovush qurilmalari CE talablariga muvofiq boʻlib, UL, CSA va RoHs talablariga javob beradi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish imkoniyatlari haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter | 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 |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | quyidagi qurilmalar klasteri: UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, tajriba-sanoat va sanoat miqyosida aralashtirish, dispersiyalash, emulsiyalash va ekstraksiya uchun yuqori samarali ultratovushli gomogenizatorlar ishlab chiqaradi.
Adabiyotlar / Manbalar
- Ghanem, A.F.; Abdel Rehim, M.H. (2018): Assisted Tip Sonication Approach for Graphene Synthesis in Aqueous Dispersion. Biomedicines 6, 63; 2018.
- Zainal, Nurfarahin; Arifin, Hanis; Zardasti, Libriati; Yahaya, Nordin; Lim, Kar Sing; Lai, Jian; Noor, Norhazilan (2018): Tensile Properties of Epoxy Grout Incorporating Graphene Nanoplatelets for Pipeline Repair. MATEC Web of Conferences, 2018.
- Ferit Cakir, Habib Uysal, Volkan Acar (2016): Experimental modal analysis of masonry arches strengthened with graphene nanoplatelets reinforced prepreg composites. Measurement, Volume 90, 2016. 233-241.
- Jalal Alizadeh, Mostafa Keshavarz Moraveji (2018): An experimental evaluation on thermophysical properties of functionalized graphene nanoplatelets ionanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 98, 2018. 31-40.
- Ilias Κ. Tragazikis, Konstantinos G. Dassios, Panagiota T. Dalla, Dimitrios A. Exarchos (2019): Theodore E. Matikas (2019): Acoustic emission investigation of the effect of graphene on the fracture behavior of cement mortars. Engineering Fracture Mechanics, Volume 210, 2019. 444-451.
- Matta, S.; Rizzi, L.G.; Frache, A. (2021): PET Foams Surface Treated with Graphene Nanoplatelets: Evaluation of Thermal Resistance and Flame Retardancy. Polymers 2021, 13, 501.
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Grafen varaqlari va grafen nanoplastinkalari taqqoslanishi
Grafen varaqlari ham, grafen nanoplastinkalari ham grafitdan olingan nanostrukturalardir. Quyidagi jadval grafen varaqlari va grafen nanoplastinkalari oʻrtasidagi eng yaqqol farqlarni koʻrsatadi.
| Farqlash mezoni | Grafen varaqlari | Grafen nanoplastinkalari |
|---|---|---|
| Tuzilishi | Grafen varaqlari odatda ikki oʻlchamli tuzilishga ega bir qatlamli grafendir. Ular juda katta va uzluksiz boʻlib, makroskopik maydonlarni qamrab olishi mumkin. | Grafen nanoplastinkalari alohida grafen varaqlariga nisbatan kichikroq va qalinroqdir. Ular bir-birining ustiga joylashgan bir nechta grafen qatlamidan iborat boʻlib, plastinkasimon tuzilmalarni hosil qiladi. Nanoplastinkadagi qatlamlar soni turlicha boʻlishi mumkin, ammo odatda bir nechta qatlamdan bir necha oʻnlab qatlamgacha boʻladi |
| Qalinligi | Bular bir qatlamli grafen tuzilmalari boʻlgani uchun nihoyatda yupqa, odatda atigi bitta atom qalinligida boʻladi. | Bular bir qatlamli grafen varaqlariga nisbatan qalinroq, chunki ular birgalikda ustma-ust joylashgan bir nechta grafen qatlamidan tashkil topgan. Grafen nanoplastinkalarining qalinligi ulardagi qatlamlar soniga bogʻliq. |
| Xossalari | Bir qatlamli grafen varaqlari yuqori elektr oʻtkazuvchanlik, issiqlik oʻtkazuvchanlik va mexanik mustahkamlik kabi favqulodda xossalarga ega. Ular kvant cheklanish effektlari kabi oʻziga xos elektron xossalarni ham namoyon qiladi. | Grafen nanoplastinkalari grafenning yuqori elektr va issiqlik oʻtkazuvchanlik kabi ayrim aʼlo xossalarini saqlab qoladi, ammo bir nechta qatlam mavjudligi sababli bu jihatlarda bir qatlamli grafen kabi favqulodda boʻlmasligi mumkin. Shunga qaramay, ular anʼanaviy uglerod materiallariga nisbatan afzalliklarni taqdim etadi. |
| Qoʻllanishlari | Bir qatlamli grafen varaqlari keng koʻlamli potensial qoʻllanishlarga ega, jumladan, elektronika, nanokompozitlar, sensorlar va boshqa sohalarda. Ulardan koʻpincha favqulodda elektron xossalari tufayli foydalaniladi. | Grafen nanoplastinkalari turli vazifalarda, masalan, kompozitlarda mustahkamlovchi materiallar sifatida, moylash materiallarida, energiyani saqlash qurilmalarida va boshqa materiallarning xossalarini yaxshilovchi qoʻshimchalar sifatida ishlatiladi. Ularning qalinroq tuzilishi bir qatlamli grafenga nisbatan ayrim matritsalarda dispersiyalanishini osonlashtiradi. |
Hielscher Ultrasonics laboratoriya oʻlchamidan sanoat oʻlchamigacha boʻlgan yuqori samarali ultratovushli gomogenizatorlar ishlab chiqaradi.