Ultratovush yordamida grafen ishlab chiqarish
Grafitni qatlamlarga ajratish orqali grafenni ultratovush yordamida sintez qilish sanoat miqyosida yuqori sifatli grafen varaqlarini ishlab chiqarishning eng ishonchli va afzal usulidir. Hielscher yuqori unumdorlikdagi ultratovushli protsessorlarini aniq boshqarish mumkin va ular 24/7 ish rejimida juda yuqori amplitudalarni hosil qila oladi. Bu katta hajmdagi asl tuzilishi saqlangan grafenni oson va oʻlchamini boshqarish mumkin boʻlgan tarzda tayyorlash imkonini beradi.
Grafenni ultratovush yordamida tayyorlash
Grafitning gʻayrioddiy xususiyatlari maʼlum boʻlgani uchun uni tayyorlashning bir qancha usullari ishlab chiqilgan. Juda kuchli oksidlovchi va qaytaruvchi reagentlarni talab qiladigan koʻp bosqichli jarayonlarda grafen oksididan grafenlarni kimyoviy usulda ishlab chiqarishdan tashqari. Bundan tashqari, bunday keskin kimyoviy sharoitlarda tayyorlangan grafen, boshqa usullar bilan olingan grafenlarga nisbatan, koʻpincha qaytarilgandan keyin ham koʻp miqdordagi nuqsonlarni oʻz ichiga oladi. Biroq ultratovush yuqori sifatli grafenni, jumladan, katta miqdorlarda ishlab chiqarish uchun sinalgan muqobil usuldir. Tadqiqotchilar ultratovushdan foydalanadigan, bir-biridan biroz farq qiluvchi usullarni ishlab chiqqanlar, ammo umuman olganda grafen ishlab chiqarish oddiy bir bosqichli jarayondir.
Suvdagi grafit tangachasining ultratovush taʼsiridagi mexanik qatlamlarga ajralishini koʻrsatuvchi yuqori tezlikda olingan kadrlar ketma-ketligi (a dan f gacha), bunda 3-mm sonotrodli 200W ultratovush qurilmasi – UP200S ishlatilgan. Strelkalar ajralish (qatlamlarga ajralish) joyini koʻrsatadi; kavitatsiya pufakchalari hosil boʻlgan yoriqqa kirib boradi.
(tadqiqot va rasmlar: © Tyurnina va boshq. 2020
UIP2000hdT – grafenni qatlamlarga ajratish uchun 2kW quvvatli kuchli ultratovush qurilmasi
Grafenni ultratovush yordamida qatlamlarga ajratishning afzalliklari
Hielscher zond turidagi ultratovush qurilmalari va reaktorlari grafenni qatlamlarga ajratishni kuchli ultratovush toʻlqinlari yordamida grafitdan grafen ishlab chiqarish uchun qoʻllanadigan yuqori samarali jarayonga aylantiradi. Bu texnologiya grafen ishlab chiqarishning boshqa usullariga nisbatan bir qancha afzalliklarni taqdim etadi. Grafenni ultratovush yordamida qatlamlarga ajratishning asosiy afzalliklari quyidagilardan iborat:
- Yuqori samaradorlik: Zond turidagi qurilma bilan ultratovush orqali ishlov berib grafenni qatlamlarga ajratish grafen ishlab chiqarishning juda samarali usulidir. U qisqa vaqt ichida katta miqdordagi yuqori sifatli grafenni ishlab chiqarishi mumkin.
- Kam xarajat: Sanoatda grafen ishlab chiqarishda ultratovush yordamida qatlamlarga ajratish uchun zarur boʻlgan uskunalar grafen ishlab chiqarishning kimyoviy bugʻ fazasidan choʻktirish (CVD) va mexanik qatlamlarga ajratish kabi boshqa usullariga nisbatan arzonroqdir.
- Miqyosni kengaytirish imkoniyati: Ultratovush qurilmasi yordamida grafenni qatlamlarga ajratish jarayonini katta miqyosda grafen ishlab chiqarish uchun oson kengaytirish mumkin. Grafenni ultratovush yordamida qatlamlarga ajratish va dispersiyalashni ham davriy, ham uzluksiz oqimdagi jarayonda amalga oshirish mumkin. Bu uni sanoat miqyosidagi qoʻllanmalar uchun amaliy jihatdan maqbul variantga aylantiradi.
- Grafen xususiyatlarini boshqarish: Zond turidagi qurilma bilan ultratovush orqali ishlov berib grafenni qatlamlarga ajratish va qatlamlarini bir-biridan ajratish ishlab chiqarilayotgan grafen xususiyatlarini aniq boshqarish imkonini beradi. Bunga uning oʻlchami, qalinligi va qatlamlar soni kiradi.
- Atrof-muhitga minimal taʼsir: Ultratovushli zond yordamida grafenni qatlamlarga ajratish grafen ishlab chiqarishning ekologik usulidir, chunki unda suv yoki etanol kabi zaharsiz, atrof-muhitga zarar yetkazmaydigan erituvchilardan foydalanish mumkin. Bu grafen qatlamlarini ultratovush yordamida bir-biridan ajratish keskin taʼsirli kimyoviy moddalar yoki yuqori haroratlardan foydalanishni chetlab oʻtish yoki kamaytirish imkonini berishini anglatadi. Shu sababli u grafen ishlab chiqarishning boshqa usullariga ekologik muqobil hisoblanadi.
Umuman olganda, Hielscher zond turidagi ultratovush qurilmalari va reaktorlari yordamida grafenni qatlamlarga ajratish hosil boʻladigan material xususiyatlarini aniq boshqarish imkonini beradigan, iqtisodiy jihatdan samarali, miqyosini kengaytirish mumkin boʻlgan va ekologik grafen ishlab chiqarish usulini taqdim etadi.
Ultratovush bilan ishlov berish orqali grafenni oddiy usulda ishlab chiqarish misoli
Grafit suyultirilgan organik kislota, spirt va suv aralashmasiga qoʻshiladi, soʻng aralashma ultratovush nurlanishi taʼsiriga duchor qilinadi. Kislota grafen varaqlarini boshlangʻich grafitdan ajratadigan «molekulyar pona» vazifasini bajaradi. Ushbu oddiy jarayon orqali suvda dispersiyalangan, shikastlanmagan, yuqori sifatli grafenning katta miqdori hosil qilinadi. (An va boshq. 2010)
Olingan grafen nanovaraqlarining yuqori ajrata olish qobiliyatiga ega transmissiyali elektron mikroskop tasvirlari;
nanovaraqlar ultratovush yordamidagi suv fazasida dispersiyalash va Hummer usuli orqali olingan.
(Tadqiqot va grafik: Ghanem va Rehim, 2018)
Grafenni ultratovush yordamida sintez qilish, dispersiyalash va funksionallashtirish haqida koʻproq bilish uchun shu yerni bosing:
- Grafen ishlab chiqarish
- Grafen nanoplastinkalari
- Grafenni suv asosida qatlamlarga ajratish
- Suvda dispersiyalanadigan grafen
- Grafen oksidi
- Xenlar
Grafenni bevosita qatlamlarga ajratish
Ultratovush organik erituvchilar, sirt faol moddalar/suv eritmalari yoki ionli suyuqliklarda grafenlarni tayyorlash imkonini beradi. Bu kuchli oksidlovchi yoki qaytaruvchi reagentlardan foydalanishni chetlab oʻtish mumkinligini anglatadi. Stankovich va boshq. (2007) ultratovush bilan ishlov berish paytida qatlamlarga ajratish orqali grafen ishlab chiqarganlar.
Suvda 1 mg/mL konsentratsiyada ultratovush bilan ishlov berish orqali qatlamlarga ajratilgan grafen oksidining AFM tasvirlari doimo bir xil qalinlikdagi varaqlar mavjudligini koʻrsatgan (~1 nm; misol quyidagi rasmda koʻrsatilgan). Grafen oksidining yaxshi qatlamlarga ajratilgan ushbu namunalarida 1nm dan qalinroq yoki yupqaroq varaqlar boʻlmagan; bu ushbu sharoitlarda grafen oksidi haqiqatan ham alohida grafen oksidi varaqlarigacha toʻliq ajratilgan degan xulosaga olib kelgan. (Stankovich va boshq. 2007)
Turli joylarda olingan uchta balandlik profili bilan qatlamlarga ajratilgan GO varaqlarining AFM tasviri
(rasm va tadqiqot: ©Stankovich va boshq., 2007)
Grafen varaqlarini tayyorlash
Stengl va boshq. grafen nanovaraqlari va titan dioksidining perokso kompleksi boʻlgan suspenziyani termik gidroliz qilish orqali nostexiometrik TiO2-grafen nanokompoziti ishlab chiqarilayotganda katta miqdordagi sof grafen varaqlarini muvaffaqiyatli tayyorlashni koʻrsatganlar. Sof grafen nanovaraqlari tabiiy grafitdan 5 bar bosim ostidagi ultratovushli reaktorda Hielscher UIP1000hd ultratovushli protsessori hosil qilgan yuqori intensivlikdagi kavitatsiya maydoni yordamida ishlab chiqarilgan. Olingan, yuqori solishtirma sirt yuzasi va oʻziga xos elektron xususiyatlarga ega grafen varaqlaridan fotokatalitik faollikni oshirish uchun TiO2 ga yaxshi tayanch sifatida foydalanish mumkin. Tadqiqot guruhi ultratovush yordamida tayyorlangan grafenning sifati grafit qatlamlarga ajratilib oksidlanadigan Hummer usuli orqali olingan grafen sifatidan ancha yuqori ekanini taʼkidlaydi. Ultratovushli reaktordagi fizik sharoitlarni aniq boshqarish mumkinligi hamda qoʻshimcha modda sifatidagi grafen konsentratsiyasi 1 – 0,001% oraligʻida oʻzgaradi degan faraz tufayli uzluksiz tizimda tijorat miqyosida grafen ishlab chiqarishni oson yoʻlga qoʻyish mumkin. Yuqori sifatli grafenni samarali qatlamlarga ajratish uchun sanoat ultratovush qurilmalari va oqimdagi reaktorlar osongina mavjud.
Grafenni qatlamlarga ajratish va dispersiyalash uchun ultratovushli reaktor.
Grafen oksidiga ultratovush bilan ishlov berish orqali tayyorlash
Oh va boshq. (2010) grafen oksidi (GO) qatlamlarini ishlab chiqarish uchun ultratovush nurlanishidan foydalanadigan tayyorlash usulini koʻrsatganlar. Buning uchun ular yigirma besh milligramm grafen oksidi kukunini 200 ml deionizatsiyalangan suvda suspenziyalaganlar. Aralashtirish orqali ular bir jinsli boʻlmagan jigarrang suspenziya olganlar. Olingan suspenziyalarga ultratovush bilan ishlov berilgan (30 min, 1,3 × 105J), quritilgandan soʻng esa (373 K da) ultratovush bilan ishlov berilgan grafen oksidi hosil boʻlgan. FTIR spektroskopiyasi ultratovush bilan ishlov berish grafen oksidining funksional guruhlarini oʻzgartirmaganini koʻrsatgan.
Ultratovush bilan ishlov berish orqali olingan asl tuzilishi saqlangan grafen nanovaraqlarining SEM tasviri (Oh va boshq., 2010)
Grafen varaqlarini funksionallashtirish
Xu va Suslick (2011) polistirol bilan funksionallashtirilgan grafitni tayyorlashning qulay bir bosqichli usulini tavsiflaydilar. Ular tadqiqotlarida asosiy xomashyo sifatida grafit tangachalari va stiroldan foydalanganlar. Stiroldagi (reaktiv monomer) grafit tangachalariga ultratovush bilan ishlov berilganda ultratovush nurlanishi grafit tangachalarining bir qatlamli va kam qatlamli grafen varaqlariga mexanokimyoviy ajralishiga olib kelgan. Bir vaqtning oʻzida grafen varaqlarini polistirol zanjirlari bilan funksionallashtirishga erishilgan.
Xuddi shu funksionallashtirish jarayonini grafen asosidagi kompozitlar uchun boshqa vinil monomerlari bilan ham amalga oshirish mumkin.
Sanoatdagi oqim jarayonida grafenni qatlamlarga ajratish uchun yuqori quvvatli sanoat ultratovush tizimi.
Grafen dispersiyalari
Grafen va grafen oksidining dispersiyalanish darajasi grafenning oʻziga xos xususiyatlari bilan birga uning toʻliq salohiyatidan foydalanish uchun nihoyatda muhimdir. Agar grafen nazorat qilinadigan sharoitlarda dispersiyalanmasa, grafen dispersiyasining polidispersligi qurilmalarga kiritilgandan soʻng oldindan aytib boʻlmaydigan yoki ideal boʻlmagan xatti-harakatga olib kelishi mumkin, chunki grafen xususiyatlari uning tuzilish parametrlariga bogʻliq ravishda oʻzgaradi. Ultratovush bilan ishlov berish qatlamlararo kuchlarni zaiflashtirish uchun sinalgan ishlov usuli boʻlib, muhim qayta ishlash parametrlarini aniq boshqarish imkonini beradi.
“Odatda bir qatlamli varaqlar sifatida qatlamlarga ajratiladigan grafen oksidi (GO) uchun polidisperslik bilan bogʻliq asosiy muammolardan biri tangachalarning yonlama yuzasi oʻzgarishidan kelib chiqadi. Boshlangʻich grafit materiali va ultratovush bilan ishlov berish sharoitlarini oʻzgartirish orqali GO ning oʻrtacha yonlama oʻlchamini 400 nm dan 20 μm gacha oʻzgartirish mumkinligi koʻrsatilgan.” (Green va boshq. 2010)
Grafenni ultratovush yordamida dispersiyalash natijasida mayin va bir tekis kolloid suspenziyalar hosil boʻlishi boshqa turli tadqiqotlarda ham koʻrsatilgan. (Liu va boshq. 2011/ Baby va boshq. 2011/ Choi va boshq. 2010)
Zhang va boshq. (2010) ultratovush bilan ishlov berish yordamida yuqori, 1 mg·mL−1 konsentratsiyali barqaror grafen dispersiyasi va nisbatan sof grafen varaqlari olinishini koʻrsatganlar; shu tarzda tayyorlangan grafen varaqlarining yuqori elektr oʻtkazuvchanligi 712 S·m−1 ga teng. Furye oʻzgartirishiga asoslangan infraqizil spektrlar va Raman spektrlarini tekshirish natijalari ultratovush yordamida tayyorlash usuli grafenning kimyoviy va kristall tuzilmalariga kamroq zarar yetkazishini koʻrsatgan.
Grafenni qatlamlarga ajratish uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalari
Yuqori sifatli grafen nanovaraqlarini ishlab chiqarish uchun ishonchli, yuqori unumdorlikdagi ultratovush uskunalari talab qilinadi. Amplituda, bosim va harorat natijalarning takrorlanuvchanligi va mahsulot sifatining bir xilligi uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega muhim parametrlardir. Hielscher Ultrasonics ultratovushli protsessorlari jarayon parametrlarini aniq belgilash va yuqori quvvatli ultratovushni uzluksiz chiqarish imkonini beradigan kuchli va aniq boshqariladigan tizimlardir. Hielscher Ultrasonics sanoat ultratovushli protsessorlari juda yuqori amplitudalarni taʼminlay oladi. 200µm gacha boʻlgan amplitudalarda 24/7 ish rejimida osonlik bilan uzluksiz ishlash mumkin. Yanada yuqori amplitudalar uchun maxsus moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud. Hielscher ultratovush uskunalarining mustahkamligi katta yuklama ostida va murakkab muhitlarda 24/7 ishlash imkonini beradi.
Mijozlarimiz Hielscher Ultrasonics tizimlarining ajoyib mustahkamligi va ishonchliligidan mamnun. Katta yuklamali qoʻllanmalarda, murakkab muhitlarda oʻrnatish va 24/7 ishlash samarali hamda tejamkor qayta ishlashni taʼminlaydi. Jarayonni ultratovush yordamida jadallashtirish qayta ishlash vaqtini qisqartiradi va yaxshiroq natijalarga, yaʼni yuqoriroq sifat, yuqoriroq mahsulot chiqishi va innovatsion mahsulotlarga erishadi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati 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 |
| n.a. | 10 – 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | klasterga birlashtirilgan UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Uglerod nanooʻramlarini tayyorlash
Uglerod nanooʻramlari koʻp devorli uglerod nanonaychalariga oʻxshaydi. MWCNT lardan farqi uchlarining ochiqligi va ichki sirtlariga boshqa molekulalarning toʻliq kira olishidir. Ularni grafit qatlamlari orasiga kaliy kiritish, suvda qatlamlarga ajratish va kolloid suspenziyaga ultratovush bilan ishlov berish orqali suyuq muhitdagi kimyoviy usulda sintez qilish mumkin. (qarang: Viculis va boshq. 2003) Ultratovush bilan ishlov berish grafenning bir qatlamli varaqlarini uglerod nanooʻramlariga oʻrashga yordam beradi (quyidagi grafikni koʻring). 80% ga teng yuqori aylanish samaradorligiga erishilgan, bu nanooʻramlarni ishlab chiqarishni tijorat qoʻllanmalari uchun qiziqarli qiladi.
Uglerod nanooʻramlarini ultratovush yordamida sintez qilish (Viculis va boshq. 2003)
Nanolentalarni tayyorlash
Hongjie Dai va uning Stanford universitetidagi hamkasblarining tadqiqot guruhi nanolentalarni tayyorlash texnologiyasini topgan. Grafen lentalari grafenning yupqa tasmalaridir; ular grafen varaqlariga qaraganda yanada foydaliroq xususiyatlarga ega boʻlishi mumkin. Eni taxminan 10 nm yoki undan kichik boʻlganda grafen lentalarining xatti-harakati yarimoʻtkazgichnikiga oʻxshaydi, chunki elektronlar uzunlik boʻylab harakatlanishga majbur boʻladi. Shu sababli elektronikada yarimoʻtkazgichga oʻxshash funksiyalarga ega nanolentalardan foydalanish qiziqarli boʻlishi mumkin (masalan, kichikroq va tezroq kompyuter chiplari uchun).
Dai va boshq. tomonidan grafen nanolentalarini tayyorlash ikki bosqichga asoslanadi: avvalo, ular argon gazidagi 3% vodorod muhitida bir daqiqa davomida 1000ºC da termik ishlov berish orqali grafitdagi grafen qatlamlarini boʻshashtirganlar. Soʻng grafen ultratovush bilan ishlov berish yordamida tasmalarga parchalangan. Ushbu texnologiya orqali olingan nanolentalar anʼanaviy litografik usullar bilan tayyorlanganlariga nisbatan ancha ‘silliqroq’ qirralarga ega. (Jiao va boshq. 2009)
Ultratovush yordamida grafen ishlab chiqarish
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Grafen nima?
Grafit muntazam ravishda ustma-ust joylashgan, sp2-gibridlangan, olti burchakli tartibda joylashgan uglerod atomlarining ikki oʻlchamli varaqlaridan – grafendan – tashkil topgan. Bogʻ hosil qilmaydigan oʻzaro taʼsirlar orqali grafitni hosil qiladigan grafenning atom qalinligidagi varaqlari nihoyatda katta sirt yuzasi bilan tavsiflanadi. Grafen oʻzining bazal tekisliklari boʻylab gʻayrioddiy mustahkamlik va qattiqlikni namoyon qiladi; bu taxminan 1020 GPa ga yetib, olmosning mustahkamlik qiymatiga deyarli tenglashadi.
Grafen ayrim allotroplarning, jumladan, grafitdan tashqari uglerod nanonaychalari va fullerenlarning ham asosiy tuzilish elementidir. Qoʻshimcha sifatida qoʻllanganda grafen nihoyatda kam miqdorda qoʻshilganida ham polimer kompozitlarning elektr, fizik, mexanik va toʻsiq xususiyatlarini keskin yaxshilashi mumkin. (Xu, Suslick 2011)
Oʻz xususiyatlariga koʻra grafen eng yuqori koʻrsatkichlarga ega material boʻlib, shu sababli kompozitlar, qoplamalar yoki mikroelektronika ishlab chiqaradigan sanoat tarmoqlari uchun istiqbollidir. Geim (2009) quyidagi paragrafda grafenni supermaterial sifatida qisqacha tavsiflaydi:
“U koinotdagi eng yupqa material va shu paytgacha oʻlchangan eng mustahkam materialdir. Uning zaryad tashuvchilari ulkan ichki harakatchanlikni namoyon qiladi, eng kichik effektiv massaga ega (u nolga teng) va xona haroratida sochilmasdan mikrometr uzunlikdagi masofalarni bosib oʻta oladi. Grafen misnikidan 6 tartib yuqori tok zichliklariga bardosh bera oladi, rekord issiqlik oʻtkazuvchanligi va bikrlikni namoyon qiladi, gazlarni oʻtkazmaydi hamda moʻrtlik va plastik deformatsiyalanish kabi bir-biriga zid sifatlarni oʻzida uygʻunlashtiradi. Grafendagi elektronlar transporti Dirak tenglamasiga oʻxshash tenglama bilan tavsiflanadi, bu stol ustidagi tajribada relyativistik kvant hodisalarini oʻrganish imkonini beradi.”
Materialning ushbu ajoyib xususiyatlari tufayli grafen eng istiqbolli materiallardan biri boʻlib, nanomateriallar tadqiqotining diqqat markazida turadi.
Grafenning ehtimoliy qoʻllanmalari
Biologik qoʻllanmalar: Grafenni ultratovush yordamida tayyorlash va undan biologiyada foydalanish misoli Park va boshq. (2011) tomonidan oʻtkazilgan “Sonokimyoviy qaytarish orqali grafen-oltin nanokompozitlarini sintez qilish” tadqiqotida keltirilgan. Unda oltin ionlarini qaytarish va qaytarilgan grafen oksidi sirtiga oltin nanozarrachalarini choʻktirishni bir vaqtda amalga oshirish orqali qaytarilgan grafen oksidi va oltin (Au) nanozarrachalaridan nanokompozit sintez qilingan. Oltin ionlarining qaytarilishini va oltin nanozarrachalarini qaytarilgan grafen oksidiga mahkamlash uchun kislorodli funksional guruhlarning hosil boʻlishini yengillashtirish maqsadida reagentlar aralashmasiga ultratovush nurlanishi taʼsir ettirilgan. Oltinni bogʻlovchi peptid bilan modifikatsiyalangan biomolekulalarni ishlab chiqarish grafen va grafen kompozitlarini ultratovush nurlanishi bilan ishlash salohiyatini koʻrsatadi. Demak, ultratovush boshqa biomolekulalarni tayyorlash uchun mos vosita boʻlib koʻrinadi.
Elektronika: Grafen elektronika sohasi uchun yuqori funksionallikka ega materialdir. Grafen panjarasidagi zaryad tashuvchilarning yuqori harakatchanligi tufayli grafen yuqori chastotali texnologiyalarda tezkor elektron komponentlarni ishlab chiqish uchun eng katta qiziqish uygʻotadi.
Sensorlar: Ultratovush yordamida qatlamlarga ajratilgan grafendan yuqori sezgirlik va selektivlikka ega konduktometrik sensorlar (ularning qarshiligi toʻyingan etanol bugʻida tezda >10 000% ga oʻzgaradi) hamda nihoyatda yuqori solishtirma sigʻim (120 F/g), quvvat zichligi (105 kW/kg) va energiya zichligiga (9,2 Wh/kg) ega ultrakondensatorlar ishlab chiqarishda foydalanish mumkin. (An va boshq. 2010)
Spirt: Spirt ishlab chiqarish uchun: Qoʻshimcha qoʻllanmalardan biri grafendan spirt ishlab chiqarishda foydalanish boʻlishi mumkin; bunda grafen membranalari spirtni distillash va shu orqali alkogolli ichimliklarning quvvatini oshirish uchun ishlatilishi mumkin.
Eng mustahkam, elektrni eng yaxshi oʻtkazadigan hamda eng yengil va eng egiluvchan materiallardan biri sifatida grafen quyosh elementlari, kataliz, shaffof va yorugʻlik chiqaruvchi displeylar, mikromexanik rezonatorlar, tranzistorlar, litiy-havo batareyalarida katod sifatida, oʻta sezgir kimyoviy detektorlar, elektr oʻtkazuvchi qoplamalar hamda material aralashmalarida qoʻshimcha sifatida qoʻllash uchun istiqbolli materialdir.
Yuqori quvvatli ultratovushning ishlash prinsipi
Suyuqliklarga yuqori intensivlikda ultratovush bilan ishlov berilganda suyuq muhitga tarqaladigan tovush toʻlqinlari navbatma-navbat yuqori bosimli (siqilish) va past bosimli (siyraklashish) sikllarni hosil qiladi; ularning takrorlanish tezligi chastotaga bogʻliq. Past bosimli sikl davomida yuqori intensivlikdagi ultratovush toʻlqinlari suyuqlikda kichik vakuum pufakchalari yoki boʻshliqlar hosil qiladi. Pufakchalar energiyani endi yuta olmaydigan hajmga yetganda, yuqori bosimli sikl davomida keskin qulaydi. Bu hodisa kavitatsiya deb ataladi. Ichkariga qulash paytida mahalliy ravishda juda yuqori haroratlar (taxminan 5 000K) va bosimlarga (taxminan 2 000atm) erishiladi. Kavitatsiya pufakchasining ichkariga qulashi tezligi 280m/s gacha boʻlgan suyuqlik oqimchalarini ham hosil qiladi. (Suslick 1998) Ultratovush hosil qilgan kavitatsiya jarayonlarda qoʻllash mumkin boʻlgan kimyoviy va fizik taʼsirlarni yuzaga keltiradi.
Kavitatsiya keltirib chiqaradigan sonokimyo energiya va modda oʻrtasidagi oʻziga xos oʻzaro taʼsirni taʼminlaydi; bunda pufakchalar ichidagi qaynoq nuqtalarda harorat ~5000 K, bosim ~1000 bar, qizish va sovish tezliklari esa >1010K s-1 boʻladi. Ushbu gʻayrioddiy sharoitlar odatda erishib boʻlmaydigan kimyoviy reaksiyalar doirasiga kirish imkonini beradi, bu esa turli xil noodatiy nanotuzilmali materiallarni sintez qilishga imkon yaratadi. (Bang 2010)
Adabiyotlar / Manbalar
- 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.
- 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.
- Stengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
- An, X.; Simmons, T.; Shah, R.; Wolfe, C.; Lewis, K. M.; Washington, M.; Nayak, S. K.; Talapatra, S.; Kar, S. (2010): Stable Aqueous Dispersions of Noncovalently Functionalized Graphene from Graphite and their Multifunctional High-Performance Applications. Nano Letters 10/2010. pp. 4295-4301.
- Baby, T. Th.; Ramaprabhu, S. (2011): Enhanced convective heat transfer using graphene dispersed nanofluids. Nanoscale Research Letters 6:289, 2011.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Choi, E. Y.; Han, T. H.; Hong, J.; Kim, J. E.; Lee, S. H.; Kim, H. W.; Kim, S. O. (2010): Noncovalent functionalization of graphene with end-functional polymers. Journal of Materials Chemistry 20/ 2010. pp. 1907-1912.
- Geim, A. K. (2009): Graphene: Status and Prospects. Science 324/2009. pp. 1530-1534.
- Green, A. A.; Hersam, M. C. (2010): Emerging Methods for Producing Monodisperse Graphene Dispersions. Journal of Physical Chemistry Letters 2010. pp. 544-549.
- Guo, J.; Zhu, S.; Chen, Z.; Li, Y.; Yu, Z.; Liu, Z.; Liu, Q.; Li, J.; Feng, C.; Zhang, D. (2011): Sonochemical synthesis of TiO2 nanoparticles on graphene for use as photocatalyst
- Hasan, K. ul; Sandberg, M. O.; Nur, O.; Willander, M. (2011): Polycation stabilization of graphene suspensions. Nanoscale Research Letters 6:493, 2011.
- Liu, X.; Pan, L.; Lv, T.; Zhu, G.; Lu, T.; Sun, Z.; Sun, C. (2011): Microwave-assisted synthesis of TiO2-reduced graphene oxide composites for the photocatalytic reduction of Cr(VI). RSC Advances 2011.
- Malig, J.; Englert, J. M.; Hirsch, A.; Guldi, D. M. (2011): Wet Chemistry of Graphene. The Electrochemical Society Interface, Spring 2011. pp. 53-56.
- Oh, W. Ch.; Chen, M. L.; Zhang, K.; Zhang, F. J.; Jang, W. K. (2010): The Effect of Thermal and Ultrasonic Treatment on the Formation of Graphene-oxide Nanosheets. Journal of the Korean Physical Society 4/56, 2010. pp. 1097-1102.
- Sametband, M.; Shimanovich, U.; Gedanken, A. (2012): Graphene oxide microspheres prepared by a simple, one-step ultrasonication method. New Journal of Chemistry 36/2012. pp. 36-39.
- Savoskin, M. V.; Mochalin, V. N.; Yaroshenko, A. P.; Lazareva, N. I.; Konstanitinova, T. E.; Baruskov, I. V.; Prokofiev, I. G. (2007): Carbon nanoscrolls produced from acceptor-type graphite intercalation compounds. Carbon 45/2007. pp. 2797-2800.
- Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.; Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. (2007): Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide. Carbon 45/2007. pp. 1558-1565.
- Viculis, L. M.; Mack, J. J.; Kaner, R. B. (2003): A Chemical Route To Carbon Nanoscrolls. Science, 299/1361; 2003.
- Xu, H.; Suslick, K. S. (2011): Sonochemical Preparation of Functionalized Graphenes. In: Journal of American Chemical Society 133/2011. pp. 9148-9151.
- Zhang, W.; He, W.; Jing, X. (2010): Preparation of a Stable Graphene Dispersion with High Concentration by Ultrasound. Journal of Physical Chemistry B 32/114, 2010. pp. 10368-10373.
- Jiao, L.; Zhang, L.; Wang, X.; Diankov, G.; Dai, H. (2009): Narrow graphene nanoribbons from carbon nanotubes. Nature 458/ 2009. pp. 877-880.
- Park, G.; Lee, K. G.; Lee, S. J.; Park, T. J.; Wi, R.; Kim, D. H. (2011): Synthesis of Graphene-Gold Nanocomposites via Sonochemical Reduction. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7/11, 2011. pp. 6095-6101.
- Zhang, R.Q.; De Sakar, A. (2011): Theoretical Studies on Formation, Property Tuning and Adsorption of Graphene Segments. In: M. Sergey (ed.): Physics and Applications of Graphene – Theory. InTech 2011. pp. 3-28.
Hielscher Ultrasonics yuqori unumdorlikdagi ultratovushli gomogenizatorlarni ishlab chiqaradi – laboratoriya oʻlchamidan tortib sanoat oʻlchamigacha.