Suv asosida grafenni qatlamlarga ajratish
Ultratovush yordamida qatlamlarga ajratish kuchli taʼsir qiluvchi erituvchilardan foydalanmasdan, faqat toza suv yordamida kam qatlamli grafen ishlab chiqarish imkonini beradi. Yuqori quvvatli ultratovush bilan ishlov berish qisqa vaqt ichida grafen varaqlarini bir-biridan ajratadi. Erituvchilardan foydalanmaslik grafenni qatlamlarga ajratishni ekologik toza, barqaror jarayonga aylantiradi.
Suyuq fazada qatlamlarga ajratish orqali grafen ishlab chiqarish
Grafen tijorat miqyosida suyuq fazada qatlamlarga ajratish deb ataladigan usul orqali ishlab chiqariladi. Grafenni suyuq fazada qatlamlarga ajratish zaharli, atrof-muhitga zararli va qimmat erituvchilardan foydalanishni talab qiladi; ular dastlabki kimyoviy ishlov berishda yoki mexanik dispersiyalash usuli bilan birgalikda qoʻllaniladi. Grafen varaqlarini mexanik dispersiyalash uchun ultratovush bilan ishlov berish toʻliq sanoat miqyosida katta miqdorda yuqori sifatli grafen varaqlarini ishlab chiqarishning juda ishonchli, samarali va xavfsiz usuli sifatida qaror topgan. Kuchli taʼsir qiluvchi erituvchilardan foydalanish doimo xarajatlar, ifloslanish, ularni chiqarib tashlash va utilizatsiya qilishning murakkabligi, xavfsizlik bilan bogʻliq tashvishlar hamda atrof-muhitga yuklama bilan birga kechishi sababli, zaharsiz va xavfsizroq muqobil sezilarli afzallik beradi. Shu sababli, suvni erituvchi sifatida va quvvatli ultratovushni kam qatlamli grafen varaqlarini mexanik ajratish uchun qoʻllab, grafenni qatlamlarga ajratish ekologik toza grafen ishlab chiqarish uchun juda istiqbolli usuldir.
Grafen nanovaraqlarini dispersiyalash uchun suyuq faza sifatida tez-tez ishlatiladigan keng tarqalgan erituvchilar qatoriga dimetil sulfoksid (DMSO), N,N-dimetilformamid (DMF), N-metil-2-pirrolidon (NMP), tetrametilmochevina (TMU), tetragidrofuran (THF), propilen karbonatatseton (PC), etanol va formamid kiradi.
Grafenni tijorat miqyosida qatlamlarga ajratishda uzoq vaqtdan beri qoʻllanilib kelayotgan usul sifatida ultratovush bilan ishlov berish yuqori tozalikdagi, yuqori sifatli grafenni kam xarajat bilan ishlab chiqarish imkonini beradi. Grafenni ultratovush yordamida qatlamlarga ajratish jarayonini istalgan hajmga toʻliq chiziqli tarzda masshtablash mumkinligi sababli, yuqori sifatli grafen tangachalarini olish jarayonini grafenning ommaviy ishlab chiqarishiga osonlik bilan tatbiq etish mumkin.
UIP2000hdT 2kW quvvatli ultratovushli disperser boʻlib, grafenni qatlamlarga ajratish va dispersiyalash uchun moʻljallangan.
Suvda grafenni ultratovush yordamida qatlamlarga ajratish
Tyurnina va boshqalar (2020) amplituda va ultratovush bilan ishlov berish intensivligining toza suv–grafit eritmalariga hamda natijada yuz beradigan grafenning qatlamlarga ajralishiga taʼsirini oʻrgandilar. Tadqiqotda ular Hielscher UP200S (200W, 24kHz) qurilmasidan foydalandilar. Suv yordamida ultratovushli qatlamlarga ajratish kam qatlamli grafenni ajratish uchun bir bosqichli jarayon sifatida qoʻllanildi. Ochiq stakanda ultratovush bilan ishlov berish qurilmasida kam qatlamli grafen olish uchun 2h davom etgan qisqa ishlov yetarli boʻldi.
Yuqori tezlikda olingan kadrlar ketma-ketligi (a dan f gacha) suvdagi grafit tangachasining ultratovushning mexanik taʼsiri bilan 3-mm sonotrodli, 24 kHz chastotali UP200s ultratovush qurilmasi yordamida qatlamlarga ajralishini koʻrsatadi. Strelkalar ajralish (qatlamlarga ajralish) joyini va ajralgan oraliqqa kirayotgan kavitatsiya pufakchalarini koʻrsatadi.
© Tyurnina va boshqalar, 2020
Grafenni ultratovush yordamida qatlamlarga ajratishni optimallashtirish
Tyurnina va boshqalar (2020) foydalangan ultratovushli qurilmani oqim oʻtadigan rejimda ishlovchi yopiq ultratovushli reaktor yordamida samaradorlikni oshirish va qatlamlarga ajratishni tezlashtirish uchun osonlik bilan optimallashtirish mumkin. Oqimdagi ultratovush bilan ishlov berish barcha grafit xomashyosiga ancha bir tekis ultratovush taʼsirini taʼminlaydi: grafit / suv eritmasini bevosita ultratovushli kavitatsiyaning cheklangan boʻshligʻiga uzatish orqali barcha grafitga bir tekis ultratovush bilan ishlov beriladi, natijada yuqori sifatli grafen tangachalarining chiqishi yuqori boʻladi.
Hielscher Ultrasonics tizimlari amplituda, vaqt / ushlab turish muddati, kiritiladigan energiya (Ws/mL), bosim va harorat kabi barcha muhim ishlov berish parametrlarini aniq nazorat qilish imkonini beradi. Optimal ultratovush parametrlarini oʻrnatish eng yuqori chiqish, sifat va umumiy samaradorlikni taʼminlaydi.
Ultratovush bilan ishlov berish grafenning qatlamlarga ajralishiga qanday yordam beradi
Yuqori quvvatli ultratovush toʻlqinlari grafit kukuni va suv yoki istalgan erituvchidan iborat suspenziyaga uzatilganda, kuchli siljish, jadal turbulentlik hamda bosim va haroratning katta farqlari kabi ultratovushning mexanik kuchlari yuqori energiyali sharoitlarni hosil qiladi. Ushbu yuqori energiyali sharoitlar akustik kavitatsiya hodisasining natijasidir.
Ultratovushli kavitatsiya haqida batafsil maʼlumotni shu yerda oʻqing!
Quvvatli ultratovush grafit kukunining kengayishini boshlab beradi, chunki suyuqliklar grafitni tashkil etuvchi grafen qatlamlari orasiga bosim bilan kiritiladi. Ultratovushning siljish kuchlari grafenning alohida varaqlarini bir-biridan ajratadi va ularni eritmada grafen tangachalari sifatida dispersiyalaydi. Grafenning suvda uzoq muddatli barqarorligini taʼminlash uchun sirt-faol modda talab etiladi.
Grafenni suyuq fazada ultratovush yordamida qatlamlarga ajratish mexanizmi.
Tadqiqot va rasm mualliflari: Tyurnina va boshqalar, 2021.
Grafenni qatlamlarga ajratish uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalari
Hielscher ultratovush qurilmalarining aqlli funksiyalari ishonchli ishlash, takrorlanuvchan natijalar va foydalanish qulayligini kafolatlash uchun ishlab chiqilgan. Ishlash sozlamalariga intuitiv menyu orqali oson kirish va ularni oʻrnatish mumkin; ushbu menyuga raqamli rangli sensorli displey va brauzer orqali masofadan boshqarish yordamida kiriladi. Shu sababli, sof energiya, jami energiya, amplituda, vaqt, bosim va harorat kabi barcha ishlov berish sharoitlari oʻrnatilgan SD-kartaga avtomatik ravishda qayd etiladi. Bu sizga oldingi ultratovush bilan ishlov berish seanslarini koʻrib chiqish va solishtirish hamda grafenni qatlamlarga ajratish jarayonini eng yuqori samaradorlikka erishish uchun optimallashtirish imkonini beradi.
Hielscher Ultrasonics tizimlari butun dunyoda yuqori sifatli grafen varaqlari va grafen oksidlarini ishlab chiqarish uchun qoʻllaniladi. Hielscher sanoat ultratovush qurilmalari uzluksiz ishlashda (24/7/365) yuqori amplitudalarda osonlik bilan ishlay oladi. Standart sonotrodlar yordamida 200µm gacha boʻlgan amplitudalarni osonlik bilan uzluksiz hosil qilish mumkin (ultratovush zondlari / shoxlari va CascatrodesTM). Yanada yuqori amplitudalar uchun maxsus tayyorlangan ultratovush sonotrodlari mavjud. Mustahkamligi va kam texnik xizmat talab qilishi tufayli bizning ultratovush yordamida qatlamlarga ajratish tizimlarimiz odatda ogʻir yuklamali vazifalar uchun va murakkab sharoitlarda oʻrnatiladi.
Grafenni qatlamlarga ajratish uchun Hielscher ultratovush protsessorlari allaqachon butun dunyoda tijorat miqyosida oʻrnatilgan. Grafen ishlab chiqarish jarayoningizni muhokama qilish uchun hoziroq biz bilan bogʻlaning! Katta tajribaga ega xodimlarimiz qatlamlarga ajratish jarayoni, ultratovush tizimlari va narxlar haqida qoʻshimcha maʼlumot berishdan mamnun boʻladilar!
Grafenni ultratovush yordamida sintez qilish, dispersiyalash va funksionallashtirish haqida batafsil maʼlumot olish uchun shu yerni bosing:
- Grafen ishlab chiqarish
- Grafen nanoplastinkalari
- Suv asosida grafenni qatlamlarga ajratish
- Suvda dispersiyalanadigan grafen
- Grafen oksidi
- Xenes
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500mL gacha | 10 dan 200mL/min gacha | UP100H |
| 10 dan 2000mL gacha | 20 dan 400mL/min gacha | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 dan 20L gacha | 0,2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100L gacha | 2 dan 10L/min gacha | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 dan 100L/min gacha | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | quyidagi qurilmalardan tashkil topgan klaster: UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, tajriba-sanoat va sanoat miqyosida aralashtirish, dispersiyalash, emulsiyalash va ekstraksiya uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovushli gomogenizatorlar ishlab chiqaradi.
Adabiyotlar / Manbalar
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- 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. 737-747.
(Available under a Creative Commons Attribution 4.0: CC BY-NC-ND 4.0. See full terms here.) - Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- 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.
- Bang, J. H.; Suslick, K. S. (2010): Applications of Ultrasound to the Synthesis of Nanostructured Materials. Advanced Materials 22/2010. pp. 1039-1059.
- Štengl, V.; Popelková, D.; Vlácil, P. (2011): TiO2-Graphene Nanocomposite as High Performance Photocatalysts. In: Journal of Physical Chemistry C 115/2011. pp. 25209-25218.
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Grafen nima?
Grafen sp2-bogʻlangan uglerod atomlarining bir qatlamidan iborat. Grafenning eng muhim xossalari qatoriga nihoyatda katta solishtirma sirt maydoni (2620 m2 g-1), Yung moduli 1 TPa va ichki mustahkamligi 130 GPa boʻlgan ajoyib mexanik xossalar, oʻta yuqori elektr oʻtkazuvchanlik (xona haroratidagi elektronlar harakatchanligi 2,5 × 105 cm2 V-1 s-1), juda yuqori issiqlik oʻtkazuvchanlik (3000 W m K-1 dan yuqori) kabi noyob material xususiyatlari kiradi. Ajoyib material xossalari tufayli grafen yuqori unumdorlikdagi batareyalar, yoqilgʻi elementlari, quyosh elementlari, superkondensatorlar, vodorod saqlash tizimlari, elektromagnit ekranlar va elektron qurilmalarni ishlab chiqish hamda ishlab chiqarishda keng qoʻllaniladi. Bundan tashqari, grafen koʻplab nanokompozitlar va kompozit materiallarga, masalan, polimerlar, keramika va metall matritsalarga mustahkamlovchi qoʻshimcha sifatida kiritiladi. Yuqori oʻtkazuvchanligi tufayli grafen elektr oʻtkazuvchi boʻyoqlar va siyohlarning muhim tarkibiy qismidir.
Nuqsonsiz grafenni katta hajmlarda kam xarajat bilan ultratovush yordamida tez va xavfsiz tayyorlash grafenning qoʻllanilishini tobora koʻproq sanoat tarmoqlariga kengaytirish imkonini beradi.
Grafen bir atom qalinligidagi uglerod qatlami boʻlib, uni bir qatlamli yoki 2D grafen tuzilmasi sifatida tavsiflash mumkin (bir qatlamli grafen = SLG). Grafen nihoyatda katta solishtirma sirt maydoniga va ajoyib mexanik xossalarga (Yung moduli 1 TPa va ichki mustahkamligi 130 GPa) ega, yuqori elektr va issiqlik oʻtkazuvchanlikni, zaryad tashuvchilar harakatchanligini, shaffoflikni taʼminlaydi hamda gazlarni oʻtkazmaydi. Ushbu material xususiyatlari tufayli grafen kompozitlarga oʻzining mustahkamligi, oʻtkazuvchanligi va boshqa xossalarini berish uchun mustahkamlovchi qoʻshimcha sifatida ishlatiladi. Grafen xususiyatlarini boshqa materiallar bilan birlashtirish uchun grafen aralashma ichida dispersiyalanishi yoki taglik yuzasiga yupqa plyonkali qoplama sifatida qoʻllanilishi kerak.
Yuqori unumdorlikdagi ultratovush texnologiyalari! Hielscher mahsulotlari assortimenti ixcham laboratoriya ultratovush qurilmasidan stol usti qurilmalarigacha va toʻliq sanoat ultratovush tizimlarigacha boʻlgan butun koʻlamni qamrab oladi.