Siêu âm phân tán graphene
Để kết hợp graphene vào vật liệu tổng hợp, điều cần thiết là phải phân tán hoặc tẩy tế bào chết graphene thành các tấm nano đơn lẻ đồng đều trong suốt quá trình xây dựng. Graphene càng được deagglomerated triệt để, các tính chất vật liệu phi thường của nó càng có thể được sử dụng. Phân tán siêu âm cung cấp phân phối hạt vượt trội và ổn định phân tán, ngay cả ở nồng độ cao và độ nhớt. Phương pháp này cung cấp chất lượng phân tán vượt trội, vượt xa các kỹ thuật trộn thông thường.
Siêu âm phân tán graphene
Để thấm nhuần vật liệu tổng hợp với các đặc tính nổi bật của graphene, chẳng hạn như độ bền của nó, graphene phải được phân tán đồng đều thành ma trận hoặc được áp dụng như một lớp phủ màng mỏng lên chất nền. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến các tính chất vật liệu thu được bao gồm sự kết tụ, lắng đọng và sự phân tán trong ma trận hoặc phân bố hạt trên chất nền.
Do tính chất kỵ nước của graphene, việc tạo ra sự phân tán ổn định và tập trung cao độ mà không có chất hoạt động bề mặt hoặc chất phân tán là một thách thức. Vượt qua lực van der Waals đòi hỏi lực cắt mạnh, có thể được tạo ra một cách hiệu quả bằng cách xâm thực siêu âm. Phương pháp này là tinh vi nhất để chuẩn bị phân tán ổn định.
Sonicators công nghiệp cho sự phân tán thông lượng cao của graphene.
[/one_third_last]
Thông tin thêm và chi tiết kỹ thuật về sonicators loại thăm dò công nghiệp Hielscher để tẩy da chết và phân tán graphene có thể được tìm thấy ở đây:
- UIP1000hdT (siêu âm công suất 1000 watt)
- UIP2000hdT (siêu âm công suất 2000 watt)
- UIP4000hdT (siêu âm công suất 4000 watt)
- UIP6000hdT (siêu âm công suất 6000 watt)
- UIP16000hdT (siêu âm công suất 16.000 watt)
Tất cả các sonicators Hielscher cho phép kiểm soát chính xác tất cả các thông số quá trình quan trọng, công nghệ phân tán siêu âm tránh thiệt hại của cấu trúc hóa học và tinh thể của graphene – dẫn đến các mảnh graphene nguyên sơ, không có khuyết tật.
Hielscher ultrasonicators mạnh mẽ có khả năng để xử lý graphene và than chì trong khối lượng lớn, ví dụ như cho tẩy da chết pha lỏng và phân tán graphene. Việc kiểm soát chính xác các thông số quá trình cho phép mở rộng quy mô liền mạch của các quá trình siêu âm từ băng ghế dự bị đến sản xuất thương mại đầy đủ.
Graphene vài lớp tẩy tế bào chết siêu âm với khoảng 3-4 lớp và kích thước xấp xỉ 1μm có thể được phân tán (lại) ở nồng độ ít nhất 63 mg / mL.
Hình ảnh SEM của tiểu cầu nano graphene ở (b) X3000 và (c) X8000
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Alizadeh et al., 2018)
- graphene chất lượng cao
- thông lượng cao / năng suất cao
- phân tán đồng đều
- nồng độ cao
- high viscosities
- Quy trình nhanh chóng
- chi phí thấp
- Hiệu quả cao
- Thân thiện với môi trường
Lò phản ứng siêu âm 7kW để phân tán graphene
Siêu âm Homogenizers và Disperser cho Graphene
Hielscher Ultrasonics cung cấp hệ thống siêu âm công suất cao để tẩy tế bào chết và phân tán graphene và than chì lớp lớn thành graphene đơn, bi- và ít lớp. Bộ vi xử lý siêu âm đáng tin cậy của họ và lò phản ứng tiên tiến cung cấp sức mạnh cần thiết và kiểm soát chính xác để đạt được các mục tiêu quy trình cụ thể.
Một trong những thông số quá trình thiết yếu nhất là biên độ siêu âm, đó là sự dịch chuyển rung động ở sừng siêu âm. Hielscher ultrasonicators công nghiệp được thiết kế để cung cấp biên độ rất cao, với hoạt động liên tục lên đến 200μm. Đối với biên độ cao hơn, đầu dò siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Các thông số quá trình của tất cả các sonicators Hielscher có thể được điều chỉnh chính xác theo các điều kiện quy trình cần thiết và được giám sát thông qua phần mềm tích hợp, đảm bảo độ tin cậy cao, chất lượng nhất quán và kết quả tái tạo. Thiết kế mạnh mẽ của máy sonicators Hielscher được chế tạo để hoạt động 24/7 trong môi trường đòi hỏi khắt khe, làm cho sonication trở thành công nghệ ưa thích để sản xuất quy mô lớn các tấm nano graphene đơn và ít lớp.
Hielscher cung cấp một loạt các ultrasonicators và phụ kiện, bao gồm sonotrodes và lò phản ứng của kích cỡ khác nhau và hình học. Điều này cho phép lựa chọn các điều kiện và yếu tố phản ứng tối ưu, chẳng hạn như thuốc thử, đầu vào năng lượng siêu âm trên mỗi thể tích, áp suất, nhiệt độ và tốc độ dòng chảy, để đạt được chất lượng cao nhất. Lò phản ứng siêu âm của họ có thể được điều áp lên đến vài trăm barg, làm cho sonication của bột nhão có độ nhớt cao (lên đến 250.000 centipoise) khả thi.
Những khả năng này làm cho siêu âm tách ra, tẩy da chết, và phân tán vượt trội so với kỹ thuật nghiền và phay thông thường.
Hielscher sonicators là máy đồng nhất siêu âm tinh vi nhất trên thị trường. Tận dụng nhiều lợi ích đi kèm với sonicators Hielscher!
Đồ họa trực quan hóa sự tổng hợp siêu âm của tiểu cầu nano graphene bằng cách sử dụng sonicator UP100H
(Nghiên cứu và đồ họa: Ghanem và Rehim, 2018)
Hielscher Sonicators cho Graphene:
- Siêu âm 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 dòng chảy
- Kết quả tái tạo
- Độ tin cậy
- Mạnh mẽ
- Hiệu quả năng lượng cao
Sự thật đáng biết
What is Graphene?
Graphene là một lớp carbon dày một nguyên tử, có thể được mô tả như một cấu trúc một lớp hoặc 2D của graphene (graphene một lớp = SLG). Graphene có diện tích bề mặt riêng cực lớn và tính chất cơ học vượt trội (mô đun Young là 1 TPa và cường độ nội tại là 130 GPa), cung cấp tính dẫn điện tử và nhiệt tuyệt vời, tính di động của chất mang điện, trong suốt và không thấm khí. Do những đặc tính vật liệu này, graphene được sử dụng làm phụ gia gia cố để tạo ra vật liệu tổng hợp có độ bền, độ dẫn điện, v.v. Để kết hợp các đặc tính của graphene với các vật liệu khác, graphene phải được phân tán vào hợp chất hoặc được áp dụng như một lớp phủ màng mỏng lên chất nền.
Các dung môi phổ biến, thường được sử dụng làm pha lỏng để phân tán các tấm nano graphene, bao gồm Dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Tetramethylurea (TMU, Tetrahydrofuran (THF), propylene carbonateacetone (PC), ethanol và formamide.
Graphene có thể phân tán trong nước không?
Có, graphene có thể được phân tán trong nước bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt, polyme hoặc các chất ổn định khác để ngăn chặn sự kết tụ và duy trì sự ổn định phân tán. Thiết bị phân tán đáng tin cậy như sonicators loại đầu dò cũng đóng một vai trò quan trọng trong phân tán graphene bằng cách sử dụng năng lượng siêu âm để phá vỡ các khối kết tụ và giảm kích thước của các hạt graphene, thúc đẩy sự phân tán đồng đều và ổn định hơn trong môi trường lỏng.
Graphene oxide có thể hòa tan trong nước không?
Có, graphene oxide có thể hòa tan trong nước do các nhóm chức chứa oxy của nó, giúp tăng cường tính ưa nước của nó và cho phép nó tạo thành sự phân tán nước ổn định.
Dung môi tốt nhất để phân tán graphene là gì?
Dung môi tốt nhất để phân tán graphene là N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) do tính phân cực cao và khả năng ổn định các tấm graphene, dẫn đến sự phân tán đồng đều và ổn định.
Tại sao graphene không hòa tan trong nước?
Graphene không hòa tan trong nước vì nó thiếu các nhóm chức có thể tương tác với các phân tử nước, làm cho nó kỵ nước và dễ bị kết tụ do lực van der Waals mạnh giữa các tấm graphene.
Tại sao Graphene được sử dụng trong Vật liệu tổng hợp?
Graphene có độ dày của một nguyên tử mỏng nhất, với trọng lượng xấp xỉ 0,77 mg mỗi 1m2 nhẹ nhất và có độ cứng kéo 150.000.000 psi (mạnh hơn thép 100-300 lần) và độ bền kéo 130.000.000.000 Pascals vật liệu mạnh nhất được biết đến.
Hơn nữa, graphene là chất dẫn nhiệt tốt nhất (ở nhiệt độ phòng với (4,84±0,44) × 103 đến (5,30±0,48) × 103 W·m-11· K-1) và dây dẫn điện tốt nhất (tính di động điện tử cao hơn 15.000 cm2· V-1·s-1).
Một đặc điểm quan trọng khác của graphene là tính chất quang học của nó với sự hấp thụ ánh sáng ở πα≈2,3% ánh sáng trắng và vẻ ngoài trong suốt của nó.
Bằng cách kết hợp graphene vào ma trận, những đặc tính vật liệu nổi bật đó có thể được chuyển sang hỗn hợp kết quả, cung cấp các chức năng độc đáo. Vật liệu tổng hợp gia cố graphene như vậy cung cấp những khả năng mới cho phát triển vật liệu và các ứng dụng công nghiệp. Do đặc điểm của nó, vật liệu tổng hợp graphene và graphene đã được phổ biến rộng rãi trong sản xuất pin hiệu suất cao, siêu tụ điện, mực dẫn điện, lớp phủ, hệ thống quang điện và các thiết bị điện tử
Hielscher sonicators cung cấp lực cắt cao cần thiết để vượt qua lực van der Waals để phân phối các tấm nano graphene đồng đều thành ma trận tổng hợp. Bộ phân tán siêu âm như UIP2000hdT hoặc UIP16000 được sử dụng để sản xuất vật liệu tổng hợp nano gia cố graphene và graphene oxide.
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
- Ivanov R., Hussainova I., Aghayan M., Petrov M. (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference of industrial Engineering 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
- 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.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.