Graphene oxit – Siêu âm tẩy da chết và phân tán
Tẩy da chết siêu âm là một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để sản xuất graphene oxide bằng cách phá vỡ oxit than chì thành các tấm graphene mỏng, một hoặc ít lớp. Hielscher sonicators tạo ra cavitation âm thanh dữ dội, nơi sóng siêu âm dày đặc năng lượng tạo ra microbubbles năng lượng cao trong một môi trường lỏng. Những bong bóng sụp đổ này tạo ra lực cắt tách các lớp oxit than chì, tẩy tế bào chết hiệu quả chúng thành các tấm nano graphene oxide. Tận dụng lợi thế của ultrasonics hiệu suất cao để đưa ứng dụng dựa trên graphene oxide của bạn lên cấp độ tiếp theo!
Siêu âm tẩy da chết của Graphene Oxide
Graphene oxide hòa tan trong nước, lưỡng tính, không độc hại, phân hủy sinh học và có thể dễ dàng phân tán thành chất keo ổn định. Siêu âm tẩy da chết và phân tán là một phương pháp rất hiệu quả, nhanh chóng và tiết kiệm chi phí để tổng hợp, phân tán và chức năng hóa graphene oxide trên quy mô công nghiệp. Trong chế biến hạ lưu, máy phân tán siêu âm tạo ra vật liệu tổng hợp graphene oxide-polymer hiệu suất cao.
Ưu điểm của tẩy da chết siêu âm
Tẩy da chết siêu âm cung cấp một số lợi thế, bao gồm sự đơn giản, khả năng mở rộng và thân thiện với môi trường, vì nó thường không yêu cầu hóa chất khắc nghiệt hoặc xử lý phức tạp. Ngoài ra, nó cho phép kiểm soát chính xác kích thước và độ dày của các tấm nano graphene oxide, rất quan trọng để điều chỉnh các thuộc tính của chúng trong các ứng dụng khác nhau.
Sonicator công nghiệp UIP16000hdT để tẩy da chết graphene oxide ở công suất cao
Giao thức: Siêu âm tẩy da chết của graphene Oxide
Để kiểm soát kích thước của các tấm nano graphene oxide (GO), phương pháp tẩy da chết đóng một yếu tố quan trọng. Do các thông số quá trình có thể kiểm soát chính xác, tẩy da chết siêu âm là kỹ thuật phân tách được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất graphene và graphene oxide chất lượng cao.
Đối với việc tẩy da chết siêu âm của graphene oxide từ oxit than chì, các giao thức khác nhau có sẵn. Tìm một giao thức mẫu mực cho tẩy da chết graphene oxide siêu âm dưới đây:
Bột oxit than chì được trộn trong nước KOH với giá trị pH 10. Đối với việc tẩy da chết và phân tán tiếp theo, máy siêu âm loại đầu dò UP200St (200W) được sử dụng. Sau đó, các ion K + được gắn vào mặt phẳng cơ bản graphene để tạo ra quá trình lão hóa. Sự lão hóa đạt được dưới sự bay hơi quay (2 giờ). Để loại bỏ các ion K + quá mức, bột được rửa sạch và ly tâm nhiều lần.
Hỗn hợp thu được được ly tâm và đông khô, để bột graphene oxide phân tán kết tủa.
Chuẩn bị dán graphene oxide dẫn điện: Bột graphene oxide có thể được phân tán trong dimethylformamide (DMF) dưới sonication để tạo ra một hỗn hợp dẫn điện. (Han và cộng sự 2014)
Cơ chế tẩy da chết oxit graphene siêu âm
(Ảnh: Potts et al. 2011)
Chức năng siêu âm của Graphene Oxide
Sonication được sử dụng thành công để kết hợp graphene oxide (GO) vào polyme và vật liệu tổng hợp.
Ví dụ:
- hỗn hợp vi cầu graphene oxide-TiO2
- Polystyrene-magnetit-graphene oxide composite (cấu trúc lõi-vỏ)
- polystyrene giảm vật liệu tổng hợp graphene oxide
- polyaniline nanofiber-coated polystyrene / graphene oxide (PANI-PS / GO) lõi vỏ composite
- oxit graphene xen kẽ polystyrene
- P-phenylenediamine-4vinylbenzen-polystyrene biến tính graphene oxide
UP400ST siêu âm để chuẩn bị phân tán tiểu cầu nano graphene
Ứng dụng của graphene oxit sản xuất bằng siêu âm tẩy da chết
Graphene oxide được sản xuất thông qua tẩy da chết siêu âm có ứng dụng rộng rãi trên các lĩnh vực đa dạng. Trong điện tử, nó được sử dụng trong các bộ phim và cảm biến dẫn điện linh hoạt; Trong lưu trữ năng lượng, nó giúp tăng cường hiệu suất của pin và siêu tụ điện. Đặc tính kháng khuẩn của graphene oxide làm cho nó có giá trị trong các ứng dụng y sinh, trong khi diện tích bề mặt cao và các nhóm chức năng của nó là thuận lợi trong xúc tác và khắc phục môi trường. Nhìn chung, tẩy da chết siêu âm tạo điều kiện cho việc sản xuất hiệu quả oxit graphene chất lượng cao để sử dụng trong các công nghệ tiên tiến.
Sonicators để xử lý graphene và graphene oxide
Hielscher Ultrasonics cung cấp hệ thống siêu âm công suất cao để tẩy tế bào chết, phân tán, và xử lý graphene và graphene oxide. Bộ vi xử lý siêu âm đáng tin cậy và lò phản ứng tinh vi cung cấp kiểm soát chính xác, cho phép điều chỉnh các quá trình siêu âm đến các mục tiêu mong muốn.
Một thông số quan trọng là biên độ siêu âm, xác định sự giãn nở rung động và co lại của đầu dò siêu âm. Hielscher ultrasonicators công nghiệp cung cấp biên độ cao, lên đến 200μm, liên tục chạy trong hoạt động 24/7. Đối với biên độ cao hơn, đầu dò siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Tất cả các bộ xử lý có thể được điều chỉnh chính xác theo điều kiện xử lý và được giám sát thông qua phần mềm tích hợp, đảm bảo độ tin cậy, chất lượng nhất quán và kết quả có thể tái tạo.
Hielscher sonicators mạnh mẽ và có thể hoạt động liên tục trong môi trường nặng, làm cho sonication trở thành công nghệ sản xuất ưa thích cho graphene quy mô lớn, graphene oxide và chuẩn bị vật liệu graphit.
Một loạt các sản phẩm ultrasonicators và phụ kiện, bao gồm sonotrodes và lò phản ứng với kích thước và hình học khác nhau, cho phép lựa chọn các điều kiện phản ứng tối ưu và các yếu tố, chẳng hạn như thuốc thử, năng lượng siêu âm đầu vào, áp suất, nhiệt độ, và tốc độ dòng chảy, để đạt được chất lượng cao nhất. Lò phản ứng siêu âm của Hielscher thậm chí có thể điều áp lên đến vài trăm barg, cho phép sonication của bột nhão có độ nhớt cao với độ nhớt vượt quá 250.000 centipoise.
Siêu âm tách và tẩy da chết vượt trội các kỹ thuật thông thường do những yếu tố này.
- công suất cao
- lực cắt cao
- áp suất cao áp dụng
- Điều khiển chính xác
- Khả năng mở rộng liền mạch (tuyến tính)
- Hàng loạt và liên tục
- Kết quả tái tạo
- Độ tin cậy
- Mạnh mẽ
- Hiệu quả năng lượng cao
Hệ thống siêu âm cho tẩy da chết graphene oxide
Để tìm hiểu thêm về tổng hợp graphene siêu âm, phân tán và chức năng hóa, xin vui lòng bấm vào đây:
- Sản xuất graphene
- Graphene Nanoplatelets
- Tẩy da chết graphene gốc nước
- Graphene phân tán trong nước
- Graphene oxit
- Xenes
Sự thật đáng biết
Siêu âm và Cavitation: Làm thế nào là than chì tẩy tế bào chết để Graphene Oxide bằng cách sử dụng Sonication?
Siêu âm tẩy da chết của oxit than chì (GrO) dựa trên lực cắt cao gây ra bởi cavitation âm thanh. Sự xâm thực âm thanh phát sinh do các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp xen kẽ, được tạo ra bởi sự kết hợp của sóng siêu âm mạnh trong chất lỏng. Trong các chu kỳ áp suất thấp xảy ra các lỗ rỗng rất nhỏ hoặc bong bóng chân không, phát triển qua các chu kỳ áp suất thấp xen kẽ. Khi các bong bóng chân không đạt được kích thước mà chúng không thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn, chúng sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Vụ nổ bong bóng dẫn đến lực cắt xâm thực và sóng ứng suất, nhiệt độ khắc nghiệt lên tới 6000K, tốc độ làm mát cực cao trên 1010K / s, áp suất rất cao lên đến 2000atm, chênh lệch áp suất cực cao cũng như máy bay phản lực lỏng lên đến 1000km / h (∼280m / s).
Những lực mạnh đó ảnh hưởng đến các ngăn xếp than chì, được phân tách thành oxit graphene một hoặc ít lớp và các tấm nano graphene nguyên sơ.
Graphene Oxide là gì?
Graphene oxide (GO) được tổng hợp bằng cách tẩy tế bào chết oxit than chì (GrO). Trong khi oxit than chì là vật liệu 3D bao gồm hàng triệu lớp lớp graphene với oxy xen kẽ, graphene oxide là một graphene đơn hoặc ít lớp được oxy hóa ở cả hai bên.
Graphene oxide và graphene khác nhau ở các đặc điểm sau: graphene oxide là cực, trong khi graphene là không phân cực. Graphene oxide là ưa nước, trong khi graphene là kỵ nước.
Điều này có nghĩa là, graphene oxide hòa tan trong nước, lưỡng tính, không độc hại, phân hủy sinh học và tạo thành huyền phù keo ổn định. Bề mặt của graphene oxide chứa các nhóm epoxy, hydroxyl và carboxyl, có sẵn để tương tác với các cation và anion. Do cấu trúc lai hữu cơ-vô cơ độc đáo và các đặc tính đặc biệt, vật liệu tổng hợp GO-polymer mang lại tiềm năng cao cho các ứng dụng công nghiệp đa dạng. (Tolasz và cộng sự 2014)
Giảm Graphene Oxide là gì?
Giảm graphene oxide (rGO) được sản xuất bằng cách siêu âm, hóa học hoặc giảm nhiệt của graphene oxide. Trong bước khử, hầu hết các chức năng oxy của graphene oxide được loại bỏ để kết quả là graphene oxide giảm (rGO) có đặc điểm rất giống với graphene nguyên sơ. Tuy nhiên, graphene oxide giảm (rGO) không phải là không có khuyết tật và nguyên sơ như graphene tinh khiết.
Văn học/Tài liệu tham khảo
- FactSheet: Ultrasonic Graphene Exfoliation and Dispersion – Hielscher Ultrasonics – english version
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Gouvea R.A., Konrath Jr L.G., Cava S., Carreno N.L.V., Goncalves M.R.F. (2011): Synthesis of nanometric graphene oxide and its effects when added in MgAl2O4 ceramic. 10th SPBMat Brazil.
- Kamisan A.I., Zainuddin L.W., Kamisan A.S., Kudin T.I.T., Hassan O.H., Abdul Halim N., Yahya M.Z.A. (2016): Ultrasonic Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide in Glucose Solution. Key Engineering Materials Vol. 708, 2016. 25-29.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
- Štengl, V. (2012): Preparation of Graphene by Using an Intense Cavitation Field in a Pressurized Ultrasonic Reactor. Chemistry – A European Journal 18(44), 2012. 14047-14054.
- Tolasz J., Štengl V., Ecorchard P. (2014): The Preparation of Composite Material of Graphene Oxide–Polystyrene. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology IPCBEE vol.78, 2014.
- Potts J. R., Dreyer D. R., Bielawski Ch. W., Ruoff R.S (2011): Graphene-based polymer nanocomposites. Polymer Vol. 52, Issue 1, 2011. 5–25.