Tẩy da chết graphene gốc nước
Tẩy da chết siêu âm cho phép sản xuất graphene ít lớp mà không cần sử dụng dung môi khắc nghiệt chỉ sử dụng nước tinh khiết. Sonication công suất cao phân tách tấm graphene trong một điều trị ngắn. Việc tránh dung môi biến tẩy da chết graphene thành một quy trình xanh, bền vững.
Sản xuất graphene thông qua tẩy da chết pha lỏng
Graphene được sản xuất thương mại thông qua cái gọi là tẩy da chết pha lỏng. Tẩy da chết pha lỏng của graphene đòi hỏi phải sử dụng dung môi độc hại, có hại cho môi trường và đắt tiền, được sử dụng làm tiền xử lý hóa học hoặc kết hợp với / với kỹ thuật phân tán cơ học. Đối với sự phân tán cơ học của các tấm graphene, ultrasonication đã được thiết lập như là kỹ thuật có độ tin cậy cao, hiệu quả và an toàn để sản xuất tấm graphene chất lượng cao với số lượng lớn ở cấp độ công nghiệp đầy đủ. Vì việc sử dụng dung môi khắc nghiệt luôn đi kèm với chi phí, ô nhiễm, loại bỏ và xử lý phức tạp, mối quan tâm về an toàn cũng như gánh nặng môi trường, một giải pháp thay thế không độc hại và an toàn hơn là lợi thế đáng kể. Do đó, tẩy da chết graphene bằng cách sử dụng nước làm dung môi và siêu âm điện để phân tách cơ học các tấm graphene vài lớp là một kỹ thuật rất hứa hẹn cho sản xuất graphene xanh.
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.
Là một kỹ thuật đã được thiết lập lâu dài cho tẩy da chết graphene trên quy mô thương mại, ultrasonication cho phép sản xuất graphene chất lượng cao có độ tinh khiết cao với chi phí thấp. Vì tẩy da chết graphene siêu âm có thể được thu nhỏ hoàn toàn tuyến tính đến bất kỳ khối lượng nào, năng suất sản xuất mảnh graphene chất lượng cao có thể dễ dàng thực hiện để sản xuất hàng loạt graphene.
UIP2000hdT là một bộ phân tán siêu âm mạnh mẽ 2kW để tẩy da chết và phân tán graphene.
Siêu âm tẩy da chết graphene trong nước
Tyurnina et al. (2020) đã điều tra ảnh hưởng của biên độ và cường độ sonication đối với các dung dịch than chì nước tinh khiết và kết quả là tẩy da chết graphene. Trong nghiên cứu, họ đã sử dụng Hielscher UP200S (200W, 24kHz). Tẩy da chết siêu âm bằng nước đã được áp dụng như một quá trình bước duy nhất cho sự phân tách graphene vài lớp. Một xử lý ngắn 2h là đủ để tạo ra graphene vài lớp trong một thiết lập sonication cốc mở.
Một chuỗi tốc độ cao (từ a đến f) của các khung hình minh họa sự tẩy da chết cơ học sono của một mảnh than chì trong nước sử dụng UP200s, một ultrasonicator 24 kHz với sonotrode 3-mm. Mũi tên cho thấy nơi tách (tẩy da chết) với bong bóng xâm thực xuyên qua phần tách.
© Tyurnina và cộng sự, 2020
Tối ưu hóa tẩy da chết Graphene siêu âm
Thiết lập siêu âm được sử dụng bởi Tyurnina et al. (2020) có thể dễ dàng tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao hơn và tẩy da chết nhanh hơn bằng cách sử dụng lò phản ứng siêu âm kín ở chế độ dòng chảy. Điều trị nội tuyến siêu âm cho phép xử lý siêu âm đồng đều hơn đáng kể của tất cả các nguyên liệu than chì: cho dung dịch than chì / nước trực tiếp vào không gian hạn chế của siêu âm cavitation, tất cả than chì trở nên sonicated đồng đều dẫn đến năng suất cao của mảnh graphene chất lượng cao.
Hệ thống siêu âm Hielscher cho phép kiểm soát chính xác tất cả các thông số xử lý quan trọng như biên độ, thời gian / duy trì, năng lượng đầu vào (Ws / mL), áp suất và nhiệt độ. Thiết lập các thông số siêu âm tối ưu dẫn đến năng suất, chất lượng và hiệu quả tổng thể cao nhất.
Làm thế nào để Ultrasonication thúc đẩy tẩy da chết graphene
Khi sóng siêu âm công suất cao được kết hợp thành bùn bột than chì và nước hoặc bất kỳ dung môi nào, các lực sonomechanical như cắt cao, nhiễu loạn dữ dội và chênh lệch áp suất và nhiệt độ cao tạo ra các điều kiện cường độ năng lượng. Những điều kiện cường độ năng lượng này là kết quả của hiện tượng xâm thực âm thanh.
Đọc thêm về siêu âm cavitation ở đây!
Siêu âm điện bắt đầu sự giãn nở của bột than chì, vì chất lỏng được ép giữa các lớp graphene, trong đó than chì được cấu tạo. Các lực cắt siêu âm tách các tấm graphene đơn lẻ và phân tán chúng dưới dạng mảnh graphene trong dung dịch. Để có được sự ổn định lâu dài của graphene trong nước, cần có chất hoạt động bề mặt.
Mechnism của siêu âm tẩy da chết pha lỏng của tẩy da chết graphene.
Nghiên cứu và hình ảnh của Tyurnina et al., 2021.
Ultrasonicators hiệu suất cao cho tẩy da chết graphene
Các tính năng thông minh của Hielscher ultrasonicators được thiết kế để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy, kết quả tái tạo và thân thiện với người dùng. Cài đặt hoạt động có thể dễ dàng truy cập và quay số thông qua menu trực quan, có thể được truy cập thông qua màn hình cảm ứng màu kỹ thuật số và điều khiển từ xa của trình duyệt. Do đó, tất cả các điều kiện xử lý như năng lượng ròng, tổng năng lượng, biên độ, thời gian, áp suất và nhiệt độ được tự động ghi lại trên thẻ SD tích hợp. Điều này cho phép bạn sửa đổi và so sánh các hoạt động sonication trước đó và để tối ưu hóa quá trình tẩy da chết graphene để có hiệu quả cao nhất.
Hệ thống siêu âm Hielscher được sử dụng trên toàn thế giới để sản xuất tấm graphene chất lượng cao và oxit graphene. Hielscher ultrasonicators công nghiệp có thể dễ dàng chạy biên độ cao trong hoạt động liên tục (24/7/365). Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng được tạo ra liên tục với sonotrodes tiêu chuẩn (đầu dò siêu âm / sừng và Cascatrodes™). Đối với biên độ cao hơn, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Do tính mạnh mẽ và bảo trì thấp, hệ thống tẩy da chết siêu âm của chúng tôi thường được lắp đặt cho các ứng dụng nặng và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.
Bộ vi xử lý siêu âm Hielscher cho tẩy da chết graphene đã được cài đặt trên toàn thế giới trên quy mô thương mại. Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ để thảo luận về quy trình sản xuất graphene của bạn! Đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm của chúng tôi sẽ vui mừng chia sẻ thêm thông tin về quá trình tẩy da chết, hệ thống siêu âm và giá cả!
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
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương hóa và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.
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
- 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.
Sự thật đáng biết
Graphene là gì?
Graphene là một lớp đơn của sp2-Các nguyên tử carbon liên kết. Graphene cung cấp các đặc tính vật liệu độc đáo như diện tích bề mặt riêng lớn phi thường (2620 m2g-1), tính chất cơ học vượt trội với mô đun Young là 1 TPa và cường độ nội tại 130 GPa, độ dẫn điện tử cực cao (tính di động của electron ở nhiệt độ phòng là 2,5 × 105 cm2 V-1s-1), độ dẫn nhiệt rất cao (trên 3000 W m K-1), để đặt tên cho các thuộc tính quan trọng nhất. Do tính chất vật liệu vượt trội của nó, graphene được sử dụng nhiều trong việc phát triển và sản xuất pin hiệu suất cao, pin nhiên liệu, pin mặt trời, siêu tụ điện, kho chứa hydro, lá chắn điện từ và các thiết bị điện tử. Hơn nữa, graphene được tích hợp vào nhiều vật liệu nanocomposite và vật liệu composite làm phụ gia gia cố, ví dụ như trong polyme, gốm sứ và ma trận kim loại. Do tính dẫn điện cao, graphene là một thành phần quan trọng của sơn và mực dẫn điện.
Việc chuẩn bị siêu âm nhanh chóng và an toàn của graphene không có khuyết tật với khối lượng lớn với chi phí thấp cho phép mở rộng các ứng dụng của graphene cho ngày càng nhiều ngành công nghiệp.
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.
Siêu âm hiệu suất cao! Phạm vi sản phẩm của Hielscher bao gồm toàn bộ quang phổ từ ultrasonicator phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên các đơn vị băng ghế dự bị đến các hệ thống siêu âm công nghiệp đầy đủ.