Uloga ultrazvučne disperzije u pripremi Grafena

Ultrazvučna disperzacija je pouzdana metoda za proizvodnju grafenih sloja od grafitnih pahuljica ili čestica. Druge uobičajene tehnike raspršivanja kao što su mlinovi za kugle, rolane ili visoko smicalice podložni su upotrebi agresivnih reagenta i otavara. Ultrazvučna tehnologija raspršivanja može dobro prevazići ovaj problem i efikasno pripremiti materijale grafena.

Ultrazvučna disperzija pretvara grafen u tekućinu u raspršeno stanje, to jest fino ili ultrafino ultrazvučno brušenje čvrstih ili fluida zbog efekta ultrazvučnih vibracija. Zbog specifičnosti ultrazvučnog polja generiranog u tekućem medijumu, ultrazvučna disperzija pruža visoko raspršenu uniformu, hemijski čistu suspenziju (veličina čestica manja od 1 μm).

01

Princip ultrazvučne pripreme grafena

Ultrazvučna priprema grafena se zasniva na efektu kavitacije, tako da kvantna struktura unutar grafena neće biti uništena. Ultrazvučna kavitacija stvara amplitude visoke frekvencije kroz ultrazvučne talase velike snage. Ultrazvuk visoke snage može se koristiti za liječenje tekućina kao što su miješanje, emulging, raspršivanje i deagglomerating ili mljekanje. Kada je tečnost sonirana visokim intezitetom, zvučni talasi koji se razmnožavaju u tekući medij uzrokuju naizmjenično cikluse visokog pritiska (kompresije) i niskog pritiska (refleksije) brzinom koja zavisi od frekvencije. Ultrazvučni talasi visokog inteziteta u ciklusima niskog pritiska stvaraju male vakuumske mjehuriće ili praznine u tekućini. Kada mehurići dostižu volumen gdje ne mogu apsorbirati energiju, nasilno se kolabiraju u ciklusu visokog pritiska. Ovaj fenomen se zove kavitacija.

Ultrazvučni uređaj za raspršivanje prenosi vibracije visoke frekvencije u tekućinu, a primjena ovog mehaničkog stresa može odvojiti aglomerate čestica grafena. Pri soniciciji tečnosti, zvučni talasi koji se razmnožavaju u tekući medij uzrokuju naizmjenično cikluse visokog pritiska (kompresije) i niskog pritiska (refleksije). Ultrazvučna kavitacija u tekućinama rezultira tečnim mlazovima velike brzine do 1000 km/h (oko 600 mph). Ovaj avion stisne tečnost pod visokim pritiskom između čestica i razdvaja grafen jedan od drugog. Manje čestice se ubrzavaju sa tekućim avionom i sudaraju se velikom brzinom. Udarni talas visokog inteziva koji nastaje sudarom velike brzine kontinuirano djeluje na površinu grafitnog tijela, a grafit će reflektirati i generirati vlačni stres. Kada je veliki broj mikrobubula slomljen, napeti stres između grafitnih pahuljica se kontinuirano povećava, a grafenke se postepeno eksfoliraju.

02Eksfolijacija i disperzacija grafena

Ako se grafen treba koristiti kao materijal, prvo se mora uniformno raspršiti u formulaciji. Zbog hidrofobičnosti grafena, teško je dobiti visokokoncentracione disperzije grafena bez stabilizacije surfaktanta ili disperzanata.

Graphene nanosheets (GNPs) se može izmisliti eksfolirajući grafit u otapaju sonicationom velike snage. Ultrazvučni eksfoliirani grafen se može funkcionalizirati sa biopolymerima kako bi se dobio vodo-disperzibiran grafen. Sintetizovani grafen se može dalje obraditi u stabilne disperzije na bazi vode ultrazvučnom kavitacijom. Aglomeracija se lako javlja kada se grafenske nanomaterijale miješaju u tekućine, a ultrazvučna disperzija može razbiti aglomerirani grafen u vodenim i ne vodenim suspenzijama, što može iznijeti puni potencijal nanomaterijala.

Grafen oksid je vodeno rastvorljiv i može se lako raspršiti u stabilne koloide. Ultrazvučna eksfoliacija i disperzacija je vrlo efikasna, brza i troškovno učinkovita metoda za sintetizaciju, raspršivanje i funkcionalizaciju grafenog oksida na industrijskoj skali. Da bi se kontrolisla veličina nanošeta grafenog oksida (GO) metoda eksfoliacije igra ključnu ulogu. Zbog precizno kontroliranih parametara procesa, ultrazvučna eksfoliacija je najraširenija tehnika delaminacije za proizvodnju visokokvalitetnog grafena i grafenog oksida.

03Ultrasonic asisted tečni fazni eksfoliation

Tečni fazni eksfoliation (LPE) je efikasna metoda za eksfoliaciju grafeskih pahuljica. Glavni princip je dodavanje grafitnog ili grafitnog oksida kao sirovine specifičnom otapilu ili surfaktantu kako bi se uzburkala toplinska interkalacija kako bi se formirao grafitni pretreatmentni rastvor, a zatim se koriste ultrazvučni talasi koje emitira ultrazvučni uređaj velike snage za guljenje grafita sa grafitne površine. izađi.

Metoda ljuštenja tekuće faze

Glavni faktori koji utiče na ultrazvučno asistiranu eksfoliaciju grafena su ultrazvučna kavitacija i visoka smicna sila. Kavitacija u ultrazvučnom procesu liječenja uzrokuje da se grafit raspršen u otapao zdrobi i zdrobi. Snižena sila ultrazvučnih talasa može uzrokovati da otapanje formira mikro-jete da utiče na površinu grafita, što promiče odvajanje grafitnih sloja.

04Summary

Ultrazvučni sistemi velike snage mogu se koristiti za eksfoliaciju, disperziju i pripremu grafena i grafenog oksida. Pouzdani ultrazvučni procesori i napredni reaktori obezbeđuju snagu koja je potrebna za obradu grafena, sa precizno kontrolisanim uslovima obrade koji omogućavaju precizno podešavanje rezultata ultrazvučne obrade na željeni cilj obrade.