Producción grafeno ultrasónico
Le síntesis ultrasónica ti' grafeno yo'osal exfoliación grafito u ti'al le método asab fiable ka ventajoso producir láminas grafeno ka'anal calidad escala industrial. Le procesadores ultrasónicos u ka'anal rendimiento Hielscher ku páajtal controlar yéetel precisión ka páajtal generar amplitudes jach altas ti' funcionamiento 24 leti' 7. Le je'ela' ku cha'antik mentik nukuch volúmenes grafeno prístino ti' jump'éel kin tuukul ch'a'abil yéetel controlable tumen Buka'aj.
Preparación ultrasónica ti' le grafeno
Dado u yojelo'ob chan le extraordinarias yáantajo'ob ti' le grafito, ku séen desarrollado ya'ab métodos utia'al u preparación. Beyxan ti' kaambalilo'ob le producción química ti' grafenos ichil óxido grafeno ti' procesos ya'ab wook, utia'al u ba'ax ku k'a'anan agentes oxidantes yéetel reductores jach k'a'ankach. Ku ts'o'okole', le grafeno preparado ti' le duras condiciones químicas tu menudo ku taasik nuxi' cantidad defectos páajtal ka' u reducción ti' comparación yéetel le grafenos obtenidos tumen uláak' métodos. Ba'ale' le ultrasonidos ku jump'éel alternativa probada utia'al u producir grafeno ka'anal calidad, bey xan ti' yaan xan ya'abach. Le investigadores ts'o'ok u desarrollado formas ligeramente jejeláas u utilizar le ultrasonido, ba'ale' tu general le producción grafeno jump'éel tuukula' simple ti' jump'éel chéen paso.
Ventajas le exfoliación ultrasónica u grafeno
Le ultrasonidos yéetel reactores bin yano'ob sonda Hielscher sutikubáo'ob u exfoliación le grafeno ti' jump'éel ma'alob eficiente tuukula' ba'ax ku meyajtiko'ob utia'al producir grafeno ichil grafito yo'osal le ka'anatako'ob potentes ondas ultrasónicas. Le láaka k'u'ubul ya'abkach ventajas yóok'ol la métodos producción grafeno. Le k'ajle' beneficios le exfoliación ultrasónica u grafeno le le je'ela':
- Ka'anal eficiencia: Le exfoliación grafeno yo'osal ultrasonidos bin yano'ob sonda jach jump'éel método jach xoknáalo'obo' u producción grafeno. Je'el u páajtal u producir yaan xan ya'abach grafeno ka'anal calidad ti' jump'éel corto período k'iin.
- Yáanal ta manaj: Le nu'ukulil k'a'abéet utia'al u exfoliación ultrasónica ti' le producción industrial u grafeno le relativamente barato ti' comparación yéetel uláak' métodos producción grafeno, bey le deposición química ti' vapor (CVD) yéetel le exfoliación kanáanil.
- Escalabilidad: Le exfoliación grafeno yo'osal ultrasonidos je'el waaj a kóochkinsike'ex u uchik utia'al u producción grafeno tu gran escala. Le exfoliación ultrasónica yéetel u dispersión le grafeno táan u béeytal u u tuukulo'oba' ti' lotes bey ti' jump'éel tuukula' continuo ti' internet ichil. Le je'ela' ku p'áatal ti' jump'éel opción viable utia'al u aplicaciones escala industrial.
- Kanik yóok'ol le propiedades le grafeno: Le exfoliación yéetel delaminación grafeno yo'osal ultrasonidos bin yano'ob sonda ku cha'antik jump'éel kaambalil yo'osal preciso ti' le propiedades grafeno producido. Le ba'ala' analte'obo' yaan u Buka'aj, grosor yéetel meyaj ku capas.
- Chen impacto ambiental: Le exfoliación grafeno yo'osal ultrasonidos probados jach jump'éel método ecológico u producción grafeno, ts'o'ok u páajtal utilizar u yéetel disolventes ma' tóxicos yéetel respetuosos yéetel le ka'a jeets', bey le ja'o' wa le etanol. Lela' u k'áat u ya'al ti' le delaminación ultrasónica ti' le grafeno ku cha'antik Jech wa xu'ulsiko'ob u búukinta'al yik'áalil químicos agresivos wa altas temperaturas. Le je'ela' ku p'áatal ti' jump'éel alternativa k'áax ti' uláak' métodos producción grafeno.
Tu general le exfoliación grafeno yo'osal ultrasonidos yéetel reactores bin yano'ob sonda Hielscher k'u'ubul jump'éel método producción grafeno rentable, escalable yéetel respetuoso yéetel ka'a jeets' yéetel jump'éel kanik preciso ti' le propiedades le xooko'obo' resultante.
Ejemplo producción simple u grafeno yo'osal sonicación
Le grafito ku añade ti' jump'éel mezcla ácido orgánico diluido, alcohol yéetel ja', ka ts'o'okole' le mezcla ku expone ti' le irradiación ultrasónica. Le ácido u meyaj bey jump'éel “cuña molecular” separa le láminas grafeno ti' le grafito yo'osal áantajil. Yo'osal le sencillo tuukula', ku crea jump'éel nuxi' cantidad grafeno intacto yéetel u ka'anal calidad disperso ichil le ja'o'. (Sian ka'an et ti' le. 2010).
Tia'al a wojeltik yóok'ol le síntesis, dispersión yéetel funcionalización grafeno tumen ultrasonidos, mentej clic waye':
- Producción grafeno
- Nanoplaquetas grafeno
- Exfoliación grafeno yéetel ja'
- Grafeno dispersable ichil ja'
- óxido grafeno
- xenes
Exfoliación directa u grafeno
Le ultrasonidos permiten wa u grafenos yilik ti' disolventes orgánicos, tensioactivos leti' soluciones acuosas wa ts'a'abal iónicos. Lela' u k'áat u ya'al ba'ax ku páajtal Jech u búukinta'al agentes oxidantes wa reductores k'a'ankach. Stankovich et ti' le. (2007) produjeron grafeno tumen exfoliación yáanal ultrasonidos.
Le máak AFM óxido grafeno exfoliado tumen le Ts'a'akal ultrasónico u concentraciones 1 mg leti' mL ichil ja' Mantats' revelaron le meyajo'ob láminas yéetel juntúul espesor xan (~1 nm; le ejemplo ku ye'esik ti' le wíimbala' yaan continuación). Táan a muestras ma'alob exfoliadas u óxido grafeno ma' contenían láminas asab tóop' wa bek'ech sutuko'ob u 1 nm, ku bisik le conclusión u le exfoliación completa ti' le óxido grafeno tak láminas individuales u óxido grafeno logró ti' le condiciones. (Stankovich et ti' le. 2007).
Wa u láminas grafeno wa u meyaj
Stengl et ti' le. Ts'o'ok u demostrado exitosa wa u yilik láminas grafeno Chen séen ti' yaan xan ya'abach ichil le producción nanocompuesto grafeno TiO2 ma' estequiométrico yo'osal hidrólisis térmica ti' suspensión yéetel nanoláminas grafeno yéetel complejo titania peroxo. Le nanohojas grafeno Chen séen ku produjeron ichil grafito ku yúuchul utilizando jump'éel jach yáax cavitación ka'anal intensidad jach tuméen le procesador ultrasónico UIP1000hd ti' Hielscher ti' jump'éel reactor ultrasónico presurizado 5 bar. Le láminas ku grafeno obtenidas, yéetel jump'éel ka'anal superficie específica yéetel propiedades electrónicas u únicas, páajtal utilizar u bey jump'éel ma'alo'ob bix utia'al u TiO2 yo'osal u ma'alo'obkíinsiko'ob u actividad fotocatalítica. Le múuch' investigación afirma le ma'alobil le grafeno preparado tumen ultrasonidos ba'axi' jach superior ti' le ti' le grafeno k'aamiko'ob tuláakal tuméen le método Hummer, le le grafito ku exfolia yéetel oxida. Dado ti' le condiciones meyajtbilo' ti' le reactor ultrasónico páajtal controlar u yéetel precisión, yo'osal u suposición u concentración grafeno bey dopante variará ti' le rango 1 – 0. 001 ti chúumuk, le producción grafeno ti' juntúul t.u.m continuo u escala comercial ku instala uchik. Le ultrasonidos industriales yéetel le reactores ti' internet ichil utia'al u exfoliación eficiente ti' grafeno ka'anal calidad u uchik disponibles.
Preparación tumen Ts'a'akal ultrasónico u óxido grafeno
Jay et ti' le. (2010) séen-e'asa'abij jump'éel bejil preparación ku meyajtiko'ob le irradiación ultrasónica utia'al u producir capas óxido grafeno (GO). Tune', suspendieron veinticinco miligramos juuch'bil óxido grafeno ti' 200 ml ja' desionizada. Ti' le bok'ik obtenían jump'éel suspensión marrón ma' homogénea. Le suspensiones resultantes ku sonicaron (30 min, 1,3 × 105J) yéetel, paach le secado (u 373 k'uj), ku produjo le óxido grafeno tratado tumen ultrasonidos. Juntúul espectroscopia FTIR tu ye'esaj u Ts'a'akal ultrasónico ma' u k'éexel le ku funcionales ti' le óxido grafeno.
Funcionalización láminas grafeno
Xu ka Suslick (2011) describen jump'éel método conveniente ti' jump'éel chéen paso utia'al wa u grafito funcionalizado u poliestireno yilik. Ti' u xook, utilizaron escamas grafito yéetel estireno bey yo'olal prima u yanak. Yaan u sonicar le escamas grafito ti' estireno (jump'éel monómero reactivo), le irradiación ultrasónica tu kúuchil ti' le exfoliación mecanoquímica ti' le escamas grafito ti' láminas grafeno jump'éel wa manik jump'íit capas. Simultáneamente, ku u conseguido u funcionalización le láminas grafeno yéetel le cadenas poliestireno.
Le k'iino' je'el xano' tuukula' funcionalización ku páajtal bisik ka'ansaj yéetel uláak' monómeros vinílicos utia'al u composites basados ti' grafeno.
Dispersiones grafeno
Le grado dispersión ti' le grafeno yéetel le óxido grafeno Páaybe'en extremadamente utia'al u aprovechar tuláakal le potencial grafeno yéetel u ba'alo'ob específicas. Wa le grafeno ma' u dispersa ti' condiciones controladas, polidispersidad u dispersión u grafeno u conducir ti' jump'éel comportamiento impredecible wa ma' beetike' uts una pakteche' kin ka ts'aik ti' le dispositivos, ts'o'ok u propiedades le grafeno varían en función de u parámetros estructurales. Le sonicación jach jump'éel Ts'a'akal probado utia'al u debilitar le muuk' le capa intermedia yéetel ku cha'antik jump'éel kaambalil yo'osal preciso ti' le parámetros ku procesamiento importantes.
"En el caso de u óxido u grafeno (GO), ku normalmente ku exfolia ti' bix u láminas jump'éel tin juunal capa, juntúul k'ajle' desafíos u polidispersidad surge ti' le variaciones yo'osal lateral u le escamas. U ts'o'ok demostrado u le Buka'aj lateral chúumuk le GO u desplazar u u 400 nm ti' 20 μm k'éexel le xooko'obo' partida ti' le grafito yéetel le condiciones sonicación". (Green et ti' le. 2010).
Le dispersión ultrasónica ti' le grafeno ku ts'aik kúuchil ti' lodos finos yéetel páajtal coloidales u ts'o'ok demostrado ti' ya'ab uláak' xook. (Liu et u. 2011 leti' Baby et u. 2011 leti' Choi et ti' le. 2010).
Zhang et ti' le. (2010) séen demostrado u yo'osal u búukinta'al ultrasonidos ku consigue jump'éel dispersión grafeno estable yéetel ka'anal concentración 1 mg·mL-1 yéetel láminas grafeno relativamente láaj, yéetel le láminas ku grafeno preparadas ku jump'éel ka'anal conductividad eléctrica u 712 S·mS·−1. Ya'ala'al máaxo'ob máano'ob le espectros infrarrojos transformados Fourier yéetel ti' le espectros Raman indicaron ti' le método preparación ultrasónica daña bey le ka'ansaj químicas ka cristalinas le grafeno.
Ultrasonidos u ka'anal rendimiento utia'al u exfoliación yéetel grafeno
Utia'al u producción nanoláminas grafeno ka'anal calidad, u requieren nu'ukulo'ob ultrasónicos u fiables yéetel u ka'anal rendimiento. Le amplitud, le presión yéetel le temperatura ku parámetros tu láakal,, cruciales yo'osal le reproducibilidad yéetel le ma'alobil constante le producto. Ultrasonidos u Hielscher’ Le procesadores ultrasónicos le sistemas potentes yéetel controlables yéetel precisión, u permiten le ajuste exacto ti' le parámetros le tuukula' yéetel tíip'ik continua ultrasonidos ka'anal potencia. Le procesadores ultrasónicos industriales u Hielscher Ultrasonics táan u béeytal u suministrar amplitudes jach altas. Le amplitudes tak 200 μm páajtal ejecutar uchik bix continua ti' funcionamiento 24 leti' 7. Utia'al amplitudes láayli' mayores, yaan disponibles sonotrodos ultrasónicos u personalizados. Robustez le nu'ukulilo'ob ultrasónicos ti' Hielscher ku cha'antik jump'éel funcionamiento 24 leti' 7 ti' entornos aalo'ob ka exigentes.
K clientes u satisfechos yéetel u extraordinaria robustez yéetel fiabilidad le kaambalilo'ob Hielscher Ultrasonics. Le instalación tu sikte ka'anatako'ob aal, entornos exigentes yéetel operación 24 leti' 7 garantiza jump'éel procesamiento eficiente yéetel económico. Intensificación le tuukula' tumen ultrasonidos reduce le k'iin procesamiento yéetel logra ti' ya'ala'al máaxo'ob máano'ob, es decir asab ma'alobil, mayores rendimientos, yik'áalil innovadores.
Le uláak' tabla ku ts'aik ti' jump'éel indicación le Buka'aj u ba'al u procesamiento aproximada u k ultrasonidos:
Volumen lote | Gasto | Dispositivos recomendados |
---|---|---|
0. 5 u 1.5mL | n.d. | VialTweeter |
U 1 u 500 ml | U 10 ti' 200 ml leti' min | UP100H |
U 10 ti' 2000 ml | Ti' 20 u 400 ml leti' min | UP200Ht, UP400St |
0. 1 u 20L | 0. 2 u 4L leti' min | UIP2000hdT |
U 10 u 100L | U 2 u 10 l leti' min | UIP4000hdT |
n.d. | U 10 ti' 100 L leti' min | UIP16000 |
n.d. | Mayor | Racimo u UIP16000 |
Xook k! Leti' k'áatiko'ob k!
Wa u Nanoscrolls u Carbono yáanta'al
Le chúuko' Nanoscrolls ku similares ti' le nanotubos carbono pak' ya'ab k'oja'ano'ob. U jela'anil in yéetel le MWCNT ku le puntas abiertas yéetel le total bix le meyajo'ob internas ti' uláak' moléculas. Páajtal sintetizar ku químicamente tu húmedo intercalando le grafito yéetel le potasio, exfoliando ti' ja' yéetel sonicando le suspensión coloidal. (cf. Viculis et le. 2003). Le ultrasonicación ku yáantik desplazar le monocapas grafeno ti' ka'anal ti' nanovolutas carbono (wilik u gráfico uláak'). U ts'o'ok logrado ka'anal eficiencia tzeltalo'obo' le 80 ti chúumuk, ba'ax ku beetik u producción nanoscrolls bixake' ts'áik utia'al u aplicaciones comerciales.
Wa u Nanoribbons wa u nanoribbons wa u nanoribbons
Le múuch' investigación Hongjie Dai yéetel u colegas le Universidad u Stanford tu kaxtajo'ob jump'éel láaka utia'al u mentik nanocintas. Le cintas grafeno le ch'inik bek'ech suumo'ob u grafeno u páajtal u yaantal yáantajo'ob láayli' asab útiles u le láminas grafeno. U anchos ti' jump'éel 10 nm wa menos, u comportamiento le cintas grafeno jach similar ti' le ti' jump'éel semiconductor, ts'o'ok u le electrones ko'oten obligados in péeksik u u chowak. Ti' le modo, je'el u ts'áik utilizar nanocintas yéetel noj similares ti' le ti' le semiconductores ti' electrónica (je'ebix, utia'al u chips ordenador asab mejen yéetel rápidos).
Wa u le nanocintas grafeno Dai et ti' le yilik. ku basa ichil ka'ap'éel wook: ti' yáax kúuchil, aflojaron le capas grafeno ti' le grafito je'ela' jump'éel Ts'a'akal térmico u 1000 ° C ti' jump'éel minuto tu hidrógeno le 3 ti Chúumuk ti' gas argón. Tu continuación u grafeno u pa' ti' ch'inik yo'osal ultrasonidos. Le nanocintas obtenidas tumen le láaka caracterizan yo'olal jach asab’ bordes u le realizados tumen medios litográficos u convencionales. (Jiao et ti' le. 2009).
Producción grafeno asistida tumen ultrasonidos
Datos u tojol le su'utalil K'ajóolt
Ba'ax le le grafeno.
Le grafito u compuesto tumen láminas bidimensionales u átomos u carbono hibridados yéetel sp2 yéetel dispuestos hexagonalmente, le grafeno, ka u apilan regularmente. Le láminas u grafeno le grosor bey juntúul átomo, ku táakpajalo'ob grafito tumen interacciones ma' enlazantes, u caracterizan tumen juntúul superficie extremadamente asab. Le grafeno ye'esik jump'éel resistencia yéetel u firmeza extraordinarias a lo largo de u niveles basales u chukik yéetel aprox. 1020 GPa óol le je'o' resistencia le diamante.
Le grafeno jach le elemento estructural básico u yaan alótropos ichil leti'obe', Beyxan ti' kaambalilo'ob le grafito, bey xan le nanotubos carbono yéetel le fullerenos. Utilizado bey aditivo, le grafeno u ma'alo'obkíinsiko'ob drásticamente le propiedades eléctricas, meyajtbilo', mecánicas yéetel u barrera le compuestos poliméricos yéetel extremadamente bajas kuuch. (Xu, Suslick 2011).
Tuméen u propiedades, u grafeno le jump'éel xooko'obo' superlativos yéetel, tune', prometedor ti' le industrias ba'ax ku ts'áiko'ob materiales compuestos, recubrimientos wa microelectrónica. Geim (2009) describe grafeno bey supermaterial bix concisa ti' le uláak' párrafo:
"Le le xooko'obo' asab bek'ech ti' le universo yéetel le asab k'a'an mix medido. U portadores kuuch exhiben jump'éel movilidad intrínseca gigante, yaan le juuch'o' efectiva asab chichanen (le cero) yéetel páajtal ichil k'áax distancias micrométricas ma' dispersar u temperatura ambiente. Le grafeno je'el u páajtal u soportar densidades sáasilo' 6 órdenes superiores ti' le ti' le cobre, ye'esik jump'éel conductividad térmica yéetel rigidez récord, impermeable ti' le gases yéetel concilia cualidades jach conflictivas bey le fragilidad yéetel le ductilidad. Le transporte ku electrones ti' le grafeno ku describe yo'osal jump'éel ecuación similar ti' le u Dirac, ku Cha' le investigación fenómenos cuánticos relativistas ti' jump'éel experimento laboratorio.
Debido a a excelentes yáantajo'ob ti' le, le grafeno jach juntúul u asab prometedores materiales yéetel Kula'an ti' le sáasilo' le investigación nanomateriales.
Posibles aplicaciones le grafeno
Aplicaciones biológicas: jump'éel ejemplo preparación ultrasónica u grafeno yéetel u búukinta'al biológico ku ts'aik ti' le xooko' "Synthesis of Graphene-Gold Nanocomposites tin Sonochemical Reduction" u Park et ti' le. (2011), tu'ux ku sintetizó jump'éel nanocompuesto ichil nanopartículas reducidas u óxido grafeno-oro (Au) reduciendo simultáneamente le iones táak'iin yéetel depositando nanopartículas táak'iin way u óxido u grafeno reducido. Utia'al u facilitar le reducción iones táak'iin yéetel le generación funcionalidades oxígeno utia'al u anclar le nanopartículas táak'iin ichil le óxido grafeno reducido, u aplicó irradiación ultrasónica ti' le mezcla reactivos. Le producción biomoléculas modificadas yéetel péptidos fijadores táak'iin ye'esik u potencial le irradiación ultrasónica ti' grafeno yéetel compuestos grafeno. Tune', le ultrasonido bey u jump'éel nu'ukula' úuchuk utia'al u mentik uláak' biomoléculas.
Electrónica: Le grafeno jach jump'éel xooko'obo' ma'alob funcional utia'al u sector electrónico. Debido a le ka'anal movilidad ti' le portadores kuuch ichil u páawo'ob le grafeno, le grafeno jach asab k'ana'an ju'uno'ob utia'al le ma'alo'ob componentes electrónicos rápidos ti' le ma'alo'obtal ka'anal frecuencia.
Sensores: Le grafeno exfoliado tumen ultrasonidos u páajtal utilizar utia'al u producción sensores conductométricos ma'alob sensibles yéetel selectivos (cuya resistencia jeelpajal jáan >10 000 ti Chúumuk ti' vapor etanol saturado) yéetel ultracondensadores yéetel ka'ansaj específica (120 F leti' g), densidad potencia (105 kW leti' kg) yéetel densidad energía (9,2 Wh leti' kg) extremadamente altas. (Sian ka'an et ti' le. 2010).
Alcohol: Utia'al u producción alcohol: jump'éel ka'anatako'ob p'iskaambal u páajtal u u búukinta'al grafeno ti' le producción alcohol, ti' le membranas grafeno ku páajtal biilankiltej utia'al u destilar alcohol yéetel, tune', meentik le bebidas alcohólicas k'áati' asab k'a'ankach.
Bey le xooko'obo' asab k'a'an, le asab conductor electricidad yéetel juntúul u le asab ligeros yéetel flexibles, Le grafeno jach jump'éel xooko'obo' prometedor utia'al u células solares, catálisis, pantallas transparentes yéetel emisivas, resonadores micromecánicos, transistores, bey cátodo ti' baterías litio-aire, utia'al detectores químicos ultrasensibles, recubrimientos conductores, bey je'el bix uti'al u bey aditivo ti' compuestos.
Le principio funcionamiento ti' le ultrasonidos u ka'anal potencia
Le ken u sonican ts'a'abal u altas intensidades, le sonoras ondas ba'ax ku propagan ti' le chúumuk líquido ts'aik kúuchil ciclos alternos u ka'anal presión (compresión) yéetel baja presión (rarefacción), yéetel tasas dependen ti' le frecuencia. Ichil le ciclo baja presión, le ondas ultrasónicas u ka'anal intensidad crean mejen burbujas u vacío wa vacíos ti' le líquido. Ka le burbujas alcanzan jump'éel volumen le ts'o'ok ma' táan u béeytal múuch'ik energía, colapsan violentamente ichil jump'éel ciclo ka'anal presión. Le Uláak ba'al denomina ku cavitación. Ichil le implosión ku alcanzan localmente temperaturas jach altas (aprox. 5.000 k'uj) yéetel presiones (aprox. 2.000 atm). Implosión le burbuja cavitación xan ts'aik kúuchil ti' chooj ta'an líquido tak 280 m leti' s u velocidad. (Suslick 1998). Le cavitación generada tumen ultrasonidos ku beetik táanil químicos yéetel físicos, ku páajtal aplicar u ti' le procesos.
Le sonoquímica inducida tumen cavitación proporciona jump'éel interacción chen ichil le energía yéetel le yo'olal yéetel ti'its calientes ichil le burbujas ~5000 k'uj, presiones ~1000 bar, velocidades calentamiento yéetel enfriamiento ti' >1010K s-1; Táan a condiciones extraordinarias permiten le muuk' ti' jump'éel gama kúuchilo'ob u reacción química normalmente ma' accesibles, ba'ax ku cha'antik le síntesis amplia variedad materiales nanoestructurados inusuales. (Explosión 2010).
Bibliografía leti' Referencias
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