Suvda tarqaladigan grafenning ultratovushli eksfoliatsiyasi
- Mono va ikki qatlamli grafen nanoshiqlarini ultratovushli eksfoliatsiya orqali yuqori o'tkazuvchanlik va arzon narxlarda tezda ishlab chiqarish mumkin.
- Ultrasonik eksfoliatsiyalangan grafen suvda tarqaladigan grafenni olish uchun biopolimerlar bilan ishlashi mumkin.
- Ultrasonik kavitatsiya yordamida sintezlangan grafenni barqaror suvga asoslangan dispersiyaga qayta ishlash mumkin.
Yuqori sifatli grafenning ultratovushli eksfoliatsiyasi
Ultrasonikatsiya grafit parchalari yoki zarrachalaridan grafen qatlamlarini (mono, ikki va bir necha qatlamli grafen) ishlab chiqarishning ishonchli usuli hisoblanadi. To'p va rulonli tegirmonlar yoki yuqori kesish mikserlari kabi boshqa keng tarqalgan eksfoliatsiya usullari past sifat va agressiv reagentlar va erituvchilardan foydalanish bilan bog'liq bo'lsa-da, ultratovushli eksfoliatsiya usuli o'zining yuqori sifati, yuqori texnologik quvvati va yumshoq ishlov berish sharoitlari bilan ishontiradi.
Ultrasonik kavitatsiya kuchli kesish kuchlarini hosil qiladi, bu esa yig'ilgan grafit qatlamlarini mono-, ikki va bir necha qatlamli nuqsonsiz grafenga ajratadi.
Sonication orqali suvda tarqaladigan grafen varaqlari
Ultrasonikatsiya suvda yoki organik erituvchilarda karbonnanotubalarni yechish uchun takrorlanadigan natijalarga ega samarali protseduradir.[/caption]Oddiy sharoitda grafen suvda deyarli tarqalmaydi va suvli muhitda tarqalganda agregatlar va aglomeratlar hosil qiladi. Suvli tizimlar arzon, zaharli bo'lmagan, atrof-muhitga zarar etkazuvchi muhim afzalliklarga ega bo'lganligi sababli, suvga asoslangan grafen tizimlari grafen ishlab chiqaruvchilari va quyi oqim sanoati uchun juda jozibali.
Suvda tarqaladigan grafen nano varaqlarini olish uchun ultratovushli eksfoliatsiyalangan grafen pullulan, xitosan, alginat, jelatin yoki arab gumi kabi polisakkaridlar / biopolimerlar bilan o'zgartiriladi.
- yuqori sifatli grafen
- yuqori hosil
- suvga asoslangan dispersiya
- yuqori konsentratsiya
- yuqori samaradorlik
- tez jarayon
- arzon
- yuqori o'tkazuvchanlik
- ekologik toza
Sanoat miqyosida grafenni tozalash uchun zond tipidagi ultratovushli ultratovushli reaktor
Ultrasonika yordamida grafitni to'g'ridan-to'g'ri eksfoliatsiya qilish protokoli
Noionik pullulan va anion alginat (1,0 g) 20 ml distillangan suvda alohida eritildi, katyonik xitozan (0,4 g) 20 ml distillangan suvda 1 og'irlikdagi sirka kislotasi bilan eritildi. Grafit kukuni suvli biopolimer eritmalarida tarqaldi va titanium sonotrode (mikro uchi S3, uchi diametri 3 mm, maksimal amplituda) bilan jihozlangan UP200S (maksimal quvvat 200 Vt, chastota 24 kHz, Hielscher Ultrasonics, Germaniya) prob tipidagi ultrasonikator yordamida ishlov berildi. 210µm, akustik quvvat zichligi yoki sirt zichligi 460 Vt sm-2) quyidagi sharoitlarda: 0,5 sikl va 50% amplituda, mos ravishda 10, 20, 30 va 60 min. Eng yaxshi natijalar 30 minutlik sonikatsiyada olingan. Sonikatsiya 30 daqiqa davomida 16,25 Vt quvvatda qo'llanildi, energiya iste'moli (birlik hajmiga energiya chiqishi) 731 Vt ml-1.
Keyinchalik, aralashmalar tozalanmagan grafit zarralarini olib tashlash uchun 60 daqiqa davomida 1500 aylanish tezligida santrifüj qilindi va keyin 5 marta yuvildi va ortiqcha biopolimerlarni olib tashlash uchun yana 5000 rpm da 20 daqiqa davomida santrifüj qilindi. Olingan quyuq kulrang eritmalar massa yo'qolguncha 40ºC da vakuumda quritilgan. Olingan polimer-grafen kukunlari tavsiflash uchun suvda qayta tarqatildi (pullulan va xitosan uchun 1 mg ml-1; alginat uchun 0,18 mg ml-1). Pullulan-, alginat- va xitosan yordamida ultratovush yordamida olingan grafen varaqlari mos ravishda pull-G, alg-G va chit-G sifatida ko'rsatilgan.
Uchta tizimdan pullulan va xitozan alginatdan ko'ra grafitni eksfoliatsiya qilishda samaraliroq edi. Ushbu usul faqat past lateral (qirrali) nuqsonlari bo'lgan eksfoliatsiyalangan mono, ikki va bir necha qatlamli grafen varaqlarini berdi. Grafen yuzasida biopolimerlarning adsorbsiyasi suvli dispersiyaning uzoq muddatli barqarorligini (6 oydan ortiq) ta'minlaydi.
(qarang. Unalan va boshq. 2015)
Suvdagi grafit parchasining sono-mexanik eksfoliatsiyasini aks ettiruvchi yuqori tezlikdagi (a dan f gacha) kadrlar ketma-ketligi UP200S yordamida, 3 mm sonotrodli 200 Vt ultrasonikator. O'qlar bo'linish joyini (eksfoliatsiyani) ko'rsatadi, ular bo'linishga kirib boradigan kavitatsiya pufakchalari.
(o'rganish va rasmlar: © Tyurnina va boshqalar. 2020
Pull-G ning TEM tasvirlari: (a) 10 daqiqa; (b) 20 min; (c) 30 min; (d) 60 min; (e) 30 daqiqa davomida chit-G; (f) 30 daqiqa davomida alg-G. (Unalan va boshq. 2015)
Grafen peelingi uchun ultrasonikatorlar
Hielscher yuqori quvvatli ultratovushli protsessorlari grafit va grafenning muvaffaqiyatli eksfoliatsiyasi va tarqalishi uchun butun dunyoda qo'llaniladi. Bizning ultratovushli disperserlarimiz laboratoriya va dastgohdan tortib to to'liq sanoat ishlab chiqarish birliklarigacha mavjud. Hielscher ultrasonikatorlari mustahkamlik, 24/7 ishlash va past texnik xizmat ko'rsatishdan tashqari, ishlov berishning yuqori qulayligi va chiziqli o'lchovliligi bilan ishontiradi.
Jarayonlar laboratoriyada osongina sinovdan o'tkazilishi va optimallashtirilishi mumkin. Keyinchalik, barcha jarayon natijalari to'liq chiziqli tijorat ishlab chiqarish darajasiga ko'tarilishi mumkin. Bu sonikatsiyani yuqori sifatli grafen varaqlarining yuqori hajmi uchun samarali va samarali ishlab chiqarish usuliga aylantiradi.
Hielscher Ultrasonics sanoat ultratovushli protsessorlari juda yuqori amplitudalarni etkazib berishi mumkin. 200 mikrongacha bo'lgan amplitudalar 24/7 ishda osongina uzluksiz ishlashi mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Mos keladigan ultratovush reaktorlari yuqori sifatli grafen nanoshiqlarini ishonchli va xavfsiz ommaviy ishlab chiqarish qobiliyatini, shuningdek barqaror nanosheet dispersiyasini ta'minlaydi.
Hielscherning ultratovush uskunasining mustahkamligi og'ir yuklarda va qiyin sharoitlarda 24/7 ishlash imkonini beradi.
Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:
| To'plam hajmi | Oqim darajasi | Tavsiya etilgan qurilmalar |
|---|---|---|
| 10 dan 2000 ml gacha | 20 dan 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 dan 20 L gacha | 0.2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100 l gacha | 2 dan 10 l / min | UIP4000 |
| na | 10 dan 100 l / min | UIP16000 |
| na | kattaroq | ning klasteri UIP16000 |
Biz bilan bog'lanish! / Bizdan so'rang!
2D nano varaqlarning ultratovushli eksfoliatsiyasi mexanizmi.
(o'rganish va grafik: Tyurnina va boshqalar, 2020)
Bilishga arziydigan faktlar
grafen
Grafen sp ning monoqatlamidir2-bog'langan uglerod atomlari. Grafen noyob material xususiyatlarini taqdim etadi, masalan, g'ayrioddiy katta o'ziga xos sirt maydoni (2620 m2g-1), Yang moduli 1 TPa va ichki quvvati 130 GPa bo'lgan yuqori mexanik xususiyatlar, juda yuqori elektron o'tkazuvchanlik (xona haroratida elektron harakatchanligi 2,5 × 105 sm).2 V-1s-1), juda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi (3000 Vt m K dan yuqori).-1), eng muhim xususiyatlarni nomlash. Yuqori moddiy xususiyatlari tufayli grafen yuqori samarali batareyalar, yonilg'i xujayralari, quyosh batareyalari, superkondensatorlar, vodorod omborlari, elektromagnit qalqonlar va elektron qurilmalarni ishlab chiqish va ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Bundan tashqari, grafen ko'plab nanokompozitlar va kompozit materiallarga mustahkamlovchi qo'shimcha sifatida kiritilgan, masalan, polimerlar, keramika va metall matritsalarda. Yuqori o'tkazuvchanligi tufayli grafen o'tkazuvchan bo'yoqlar va siyohlarning muhim tarkibiy qismidir.
Tez va xavfsiz nuqsonsiz grafenni ultratovushli tayyorlash katta hajmlarda arzon narxlarda grafenni ko'proq va ko'proq sohalarda qo'llashni kengaytirish imkonini beradi.
Adabiyot/Adabiyotlar
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- 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.
- 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.
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
Hielscher Ultrasonics kompaniyasi yuqori samarali ultratovushli homogenizatorlarni ishlab chiqaradi laboratoriya uchun sanoat hajmi.