Grafen Hazırlanmasında Ultrasonik Dağılımın Rolü

Ultrasonik dispersiyon grafit pulları veya parçacıkları grafen katmanları üretmek için güvenilir bir yöntemdir. Bilyalı frezeler, rulo değirmenleri veya yüksek kesme mikserleri gibi diğer yaygın dispersiyon teknikleri agresif reaktiflerin ve çözücülerin kullanımına karşı hassastır. Ultrasonik dispersiyon teknolojisi bu sorunun üstesinden iyi gelebilir ve grafen malzemeleri verimli bir şekilde hazırlayabilir.

Ultrasonik dispersiyon, sıvıdaki grafeni dağınık bir duruma dönüştürür, yani ultrasonik titreşimlerin etkisiyle katıların veya sıvıların ince veya ultra ince ultrasonik taşlanması. Sıvı ortamda üretilen ultrasonik alanın özgüllüğü nedeniyle, ultrasonik dispersiyon son derece dağınık bir üniforma, kimyasal olarak saf bir süspansiyon sağlar (parçacık boyutu 1 μm'den az).

01

Grafenin ultrasonik hazırlanması prensibi

Grafenin ultrasonik hazırlanması kavitasyon etkisine dayanır, bu nedenle grafen içindeki kuantum yapısı yok olmayacaktır. Ultrasonik kavitasyon yüksek güçlü ultrasonik dalgalar aracılığıyla yüksek frekanslı genlikler oluşturur. Yüksek güçlü ultrason karıştırma, emülsifiye, dispersiyon ve deagglomerating veya taşlama gibi sıvıların tedavisi için kullanılabilir. Bir sıvı yüksek yoğunlukta sonikasyona alındığında, sıvı ortama yayılan ses dalgaları, frekansa bağlı bir hızda yüksek basınç (sıkıştırma) ve düşük basınç (yansıma) alternatif döngülerine neden olur. Düşük basınç döngülerindeki yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalar, sıvıda küçük vakum kabarcıkları veya boşluklar oluşturur. Kabarcıklar enerjiyi ememeyecekleri bir hacme ulaştıklarında, yüksek basınç döngüsünde şiddetli bir şekilde çökerler. Bu fenomene kavitasyon denir.

Ultrasonik dispersiyon cihazı sıvı içine yüksek frekanslı titreşimler iletir ve bu mekanik stresin uygulanması grafen parçacıklarının aglomeralarını ayırabilir. Sıvıları sonicating yaparken, sıvı ortama yayılan ses dalgaları, yüksek basınç (sıkıştırma) ve düşük basınç (yansıma) alternatif döngülerine neden olur. Sıvılarda ultrasonik kavitasyon, 1000 km / s'ye (yaklaşık 600 mph) kadar yüksek hızlı sıvı jetleri ile sonuçlanır. Bu jet, sıvıyı parçacıklar arasındaki yüksek basınçta sıkar ve grafeni birbirinden ayırır. Daha küçük parçacıklar sıvı jet ile hızlanır ve yüksek hızda çarpışır. Yüksek hızlı çarpışmanın oluşturduğu yüksek yoğunluklu şok dalgası grafit gövdesinin yüzeyinde sürekli olarak etki eder ve grafit gerilme stresini yansıtır ve üretir. Çok sayıda mikrobubble kırıldığında, grafit pulları arasındaki gerilme stresi sürekli artar ve grafen pulları yavaş yavaş pul pul dökülür.

02Grafinin pul pul dökülmesi ve dağılımı

Grafen bir malzeme olarak kullanılacaksa, önce formülasyonda düzgün bir şekilde dağıtılmalıdır. Grafen hidrofobikliği nedeniyle, yüzey aktif madde veya dispersantların stabilizasyonu olmadan yüksek konsantrasyonlu grafen dispersiyonları elde etmek zordur.

Grafen nano sayfalar (GNP'ler), yüksek güçlü sonication ile bir çözücüde pul pul dökülerek üretilebilir. Ultrasonik pul pul dökülmüş grafen, su dağılabilir grafen elde etmek için biyopolimerlerle işlevsel hale getirilebilir. Sentezlenen grafen ultrasonik kavitasyon ile kararlı su bazlı dispersiyonlar içine daha fazla işlenebilir. Aglomerasyon, grafen nanomalzemeler sıvılara karıştırıldığında kolayca ortaya çıkar ve ultrasonik dispersiyon sulu ve sulu olmayan süspansiyonlarda aglomera grafen parçalayabilir, bu da nanomalzemelerin tüm potansiyelini ortaya çıkarabilir.

Grafen oksit suda çözünür ve stabil kolloidlere kolayca dağılabilir. Ultrasonik pul pul dökülme ve dispersiyon, grafen oksiti endüstriyel ölçekte sentezlemek, dağıtmak ve işlevselleştirmek için çok verimli, hızlı ve uygun maliyetli bir yöntemdir. Grafen oksit (GO) nano sayfalarının boyutunu kontrol etmek için pul pul dökülme yöntemi önemli bir rol oynar. Hassas kontrol edilebilir proses parametreleri nedeniyle, ultrasonik eksfolilasyon yüksek kaliteli grafen ve grafen oksit üretimi için en yaygın kullanılan delaminasyon tekniğidir.

03Ultrasonic destekli sıvı faz eksfoliyasyonu

Sıvı faz eksfoliyasyonu (LPE), grafen pul pullarının pul dökülmesi için etkili bir yöntemdir. Ana prensip, bir grafen ön işlem çözeltisi oluşturmak için termal interkalasyonu karıştırmak için belirli bir çözücüye veya yüzey aktif maddeye hammadde olarak grafit veya grafit oksit eklemek ve daha sonra grafen yüzeyinden grafen soymak için yüksek güçlü bir ultrasonik cihaz tarafından yayılan ultrasonik dalgaları kullanmaktır. çıkmak.

Sıvı faz soyma yöntemi

Ultrasonik destekli grafen eksfoliasyonun ana etkileyen faktörleri ultrasonik kavitasyon ve yüksek kesme kuvvetidir. Ultrasonik tedavi sürecinde kavitasyon çözücüde dağılmış grafit ezilmesine ve ezilmesine neden olur. Ultrasonik dalgaların kesme kuvveti, çözücünün grafit yüzeyini etkilemek için mikro jetler oluşturmasına neden olabilir, bu da grafit katmanlarının ayrılmasını teşvik eder.

04Kümre

Yüksek güçlü ultrasonik sistemler eksfoliasyon, dispersiyon ve grafen ve grafen oksit hazırlanması için kullanılabilir. Güvenilir ultrasonik işlemciler ve gelişmiş reaktörler, ultrasonik işleme sonuçlarının istenen işleme hedefine tam olarak ayarlanabilmesini sağlayan hassas kontrollü işleme koşulları ile grafen işleme için gereken gücü sağlar.