Siêu âm Graphene sản xuất

Chuẩn bị siêu âm Graphene

Kể từ những đặc điểm bất thường của Graphite được biết đến, một số phương pháp chuẩn bị của nó đã được phát triển. Bên cạnh sản xuất hóa chất của Graphin từ oxit Graphene trong các quá trình nhiều bước, cần có chất ôxi hoá và giảm tác nhân rất mạnh. Ngoài ra, graphene được chuẩn bị theo các điều kiện hóa học khắc nghiệt này thường chứa một lượng lớn các Khuyết tật ngay cả sau khi giảm so với graphenes thu được từ các phương pháp khác. Tuy nhiên, siêu âm là một thay thế đã được chứng minh để sản xuất Graphene chất lượng cao, cũng với số lượng lớn. Các nhà nghiên cứu đã phát triển những cách hơi khác nhau bằng cách sử dụng siêu âm, nhưng nói chung sản xuất Graphene là một quá trình một bước đơn giản.
Để đưa ra một ví dụ về một tuyến sản xuất Graphene cụ thể: Graphite được thêm vào trong một hỗn hợp của axit hữu cơ pha loãng, rượu, và nước, và sau đó hỗn hợp được tiếp xúc với siêu âm chiếu xạ. Axít này hoạt động như một “nêm phân tử” mà tách tấm graphene từ Graphite cha mẹ. Bởi quá trình này đơn giản, một số lượng lớn không bị hư hại, chất lượng cao Graphene phân tán trong nước được tạo ra. (An et al. 2010)

Hình 1: ảnh AFM tẩy tế bào chết các tấm GO với ba cấu hình chiều cao được mua ở các địa điểm khác nhau (Stankovich et al. 2007)

Graphene tẩy tế bào chết trực tiếp

Siêu âm cho phép chuẩn bị các Graphin trong dung môi hữu cơ, bề mặt/giải pháp nước hoặc chất lỏng ion. Điều này có nghĩa là việc sử dụng oxy hóa mạnh hoặc giảm tác nhân có thể tránh được. Stankovich et al. (2007) sản xuất Graphene bằng tẩy da chết dưới ultrasonication.
Các hình ảnh AFM của oxit Graphene tẩy tế bào chết bằng cách điều trị bằng siêu âm ở nồng độ 1 mg/mL trong nước luôn tiết lộ sự hiện diện của tấm với độ dày đồng đều (~ 1 nm; ví dụ được hiển thị trong hình 1 dưới đây). Các mẫu này làm tróc vảy Graphene oxit chứa không có tấm hoặc dày hơn hoặc mỏng hơn 1nm, dẫn đến một kết luận rằng tẩy tế bào chết hoàn toàn của oxit Graphene xuống để tấm graphene oxit cá nhân đã thực sự đạt được trong những điều kiện. (Stankovich et al. 2007)

Chuẩn bị của Graphene Sheets

Stengl et al. đã chỉ ra sự chuẩn bị thành công của tấm graphene tinh khiết với số lượng lớn trong quá trình sản xuất nonstoichiometric TiO2 Graphene nanocomposit bằng thủy phân nhiệt của hệ thống treo với nanosheets Graphene và phức hợp Titania peroxo. Các nanosheets Graphene tinh khiết được sản xuất từ Graphite tự nhiên bằng cách sử dụng một lĩnh vực cavitation cường độ cao được tạo ra bởi bộ vi xử lý siêu âm của Hielscher UIP1000hd trong một lò phản ứng siêu âm áp suất cao tại 5 Bar. Các tấm graphene thu được, với diện tích bề mặt cụ thể cao và đặc tính điện tử độc đáo, có thể được sử dụng như một hỗ trợ tốt cho TiO2 để tăng cường hoạt động quang xúc tác. Nhóm nghiên cứu tuyên bố rằng chất lượng của Graphene đã được chuẩn bị ultrasonically cao hơn nhiều so với Graphene thu được bằng phương pháp của Hummer, nơi Graphite được tẩy tế bào chết và oxy hóa. Khi các điều kiện vật lý trong lò phản ứng siêu âm có thể được kiểm soát chính xác và bởi giả định rằng nồng độ của Graphene như một dopant sẽ khác nhau trong phạm vi của 1 – 0.001%, việc sản xuất Graphene trong một hệ thống liên tục trên quy mô thương mại là có thể.

Chuẩn bị bằng siêu âm điều trị của Graphene Oxide

Oh et al. (2010) đã cho hiển thị một tuyến chuẩn bị sử dụng siêu âm chiếu xạ để sản xuất Graphene oxit (GO) lớp. Vì vậy, họ bị đình chỉ 25 mg bột Graphene oxit trong 200 ml nước de-ion hóa. Bằng việc khuấy chúng có được một hệ thống treo màu nâu không đồng nhất. Các huyền phù kết quả được sonicated (30 phút, 1,3 × 105J), và sau khi sấy (ở 373 K) oxit Graphene điều trị ultrasonically được sản xuất. Một phổ FTIR cho thấy rằng việc điều trị bằng siêu âm không thay đổi các nhóm chức năng của oxit Graphene.

Hình 2: ảnh SEM của nanosheets Graphene thu được bằng ultrasonication (Oh et al. 2010)

Chức nămgraphen Sheets

Xu và suslick (2011) Mô tả một phương pháp một bước thuận tiện cho việc chuẩn bị than chì ngành hạt. Trong nghiên cứu của họ, họ sử dụng mảnh than chì và styren như nguyên liệu cơ bản. Bằng cách sonicating các mảnh than chì trong styren (một monomer phản ứng), siêu âm chiếu xạ dẫn đến sự tẩy tế bào chết hóa học của mảnh Graphite vào lớp đơn và vài lớp Graphene Sheet. Đồng thời, sự functionalization của tấm graphene với chuỗi polystyrene đã đạt được.
Cùng một quá trình functionalization có thể được thực hiện với các monome vinyl khác cho composit dựa trên Graphene.

Chuẩn bị Nanoribbons

Nhóm nghiên cứu của Hongjie Dai và các đồng nghiệp của ông từ Đại học Stanford tìm thấy một kỹ thuật để chuẩn bị nanoribbons. Ruy-băng Graphene là dải Graphene mỏng có thể có nhiều đặc điểm hữu ích hơn so với tấm graphene. Ở độ rộng khoảng 10 nm hoặc nhỏ hơn, hành vi băng Graphene là tương tự như một bán dẫn như các electron buộc phải di chuyển theo chiều dọc. Qua đó, nó có thể là thú vị để sử dụng nanoribbons với các chức năng giống như bán dẫn trong các thiết bị điện tử (ví dụ như cho nhỏ hơn, chip máy tính nhanh hơn).
Dai et al. chuẩn bị các bazơ Graphene nanoribbons trên hai bước: trước hết, họ nới lỏng các lớp Graphene từ than chì bằng cách xử lý nhiệt của 1000 º C trong một phút trong 3% hydro trong khí argon. Sau đó, graphene được chia thành các dải sử dụng ultrasonication. Các nanoribbons thu được bằng kỹ thuật này là đặc trưng bởi nhiều ' mượt mà’ các cạnh được thực hiện bằng các phương tiện ốpsét thông thường. (Jiao et al. 2009)

Chuẩn bị Nanoscrolls cacbon

Nanoscrolls cacbon tương tự như các ống nano cacbon đa vách. Sự khác biệt với MWCNTs là những lời khuyên mở và khả năng tiếp cận đầy đủ của các bề mặt bên trong để các phân tử khác. Chúng có thể được tổng hợp ẩm ướt-hóa học bằng cách intercalating Graphite với kali, tẩy tế bào chết trong nước và sonicating đình chỉ keo. (CF. Viculis et al. 2003) Ultrasonication hỗ trợ di chuyển lên của lớp Graphene vào nanoscrolls cacbon (xem fig. 3). Một hiệu quả chuyển đổi cao 80% đã đạt được, mà làm cho việc sản xuất nanoscrolls thú vị cho các ứng dụng thương mại.

Fig. 3: tổng hợp siêu âm cacbon Nanoscrolls (Viculis et al. 2003)

Phân tán Graphene

Các lớp phân tán của Graphene và Graphene oxit là cực kỳ quan trọng để sử dụng đầy đủ tiềm năng của Graphene với đặc điểm cụ thể của nó. Nếu Graphene không phân tán trong điều kiện kiểm soát, polydispersity của sự phân tán Graphene có thể dẫn đến hành vi khó lường hoặc nonideal một khi nó được tích hợp vào các thiết bị từ các tính chất của Graphene khác nhau như là một chức năng của cấu trúc của nó tham số. Sonication là một điều trị đã được chứng minh để làm suy yếu các lực lượng xen kẽ và cho phép kiểm soát chính xác các thông số xử lý quan trọng.
"Đối với Graphene oxit (GO), mà thường bị tẩy tế bào chết như một lớp tấm, một trong những thách thức polydispersity chính phát sinh từ các biến thể trong khu vực bên của mảnh. Nó đã được chỉ ra rằng kích thước bên có nghĩa là GO có thể được chuyển từ 400 nm đến 20 μm bằng cách thay đổi vật liệu than chì bắt đầu và các điều kiện sonication. " (Màu xanh lá cây et al. 2010)
Các siêu âm Phân tán của Graphene kết quả là tốt đẹp và thậm chí sluridal keo đã được chứng minh trong các nghiên cứu khác nhau. (Liu et al. 2011/Baby et al. 2011/Choi et al. 2010)
Zhang et al. (2010) đã chỉ ra rằng bằng cách sử dụng ultrasonication một sự phân tán Graphene ổn định với nồng độ cao của 1 mg · mL − 1 và tương đối tinh khiết tấm graphene đạt được, và các tấm graphene như chuẩn bị triển lãm một độ dẫn điện cao của 712 S nơi ở^{− 1}. Các kết quả của Fourier chuyển đổi phổ hồng ngoại và kiểm tra quang phổ Raman chỉ ra rằng phương pháp chuẩn bị siêu âm có ít thiệt hại cho các cấu trúc hóa học và tinh của Graphene.

Ultrasonicators hiệu suất cao

Để sản xuất các tấm Nano Graphene chất lượng cao, cần có thiết bị siêu âm hiệu suất cao đáng tin cậy. Biên độ, áp suất và nhiệt Ðộ một thông số cần thiết, rất quan trọng cho khả năng tái tạo và chất lượng sản phẩm phù hợp. Hielscher Ultrasonics’ bộ vi xử lý siêu âm là hệ thống điều khiển mạnh mẽ và chính xác, cho phép thiết lập chính xác các thông số quá trình và đầu ra siêu âm công suất cao liên tục. Hielscher Ultrasonics’ bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp biên độ rất cao. Khuếch đại lên đến 200 μm có thể dễ dàng chạy trong 24/7 hoạt động. Đối với biên độ cao hơn thậm chí, tùy chỉnh siêu âm sonotrodes có sẵn. Mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép 24/7 hoạt động ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi.
Khách hàng của chúng tôi được hài lòng bởi sự mạnh mẽ nổi bật và độ tin cậy của hệ thống siêu âm Hielscher. Việc lắp đặt trong các lĩnh vực ứng dụng nặng, môi trường đòi hỏi và hoạt động 24/7 đảm bảo xử lý hiệu quả và tiết kiệm. Tăng cường quy trình siêu âm làm giảm thời gian xử lý và đạt kết quả tốt hơn, tức là chất lượng cao hơn, năng suất cao hơn, sản phẩm sáng tạo.
Bảng dưới đây cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của máy siêu âm: