Az ultrahangos diszperzió szerepe a grafén előállításában

Az ultrahangos diszperzió szerepe a grafén előállításában

Az ultrahangos diszperzió megbízható módszer grafénrétegek előállítására grafitpelyhekből vagy részecskékből. Más elterjedt diszperziós technikák (például golyósmalmok, hengerművek vagy nagy nyíróhatású keverők) hajlamosak agresszív reagensek és oldószerek használatára. Az ultrahangos diszperziós technológia jól leküzdheti ezt a problémát és hatékonyan készítheti el a grafén anyagokat.

Ultrahangos grafén diszperzió

Az ultrahangos diszperzió a folyadékban lévő grafént diszpergált állapotba alakítja, vagyis a szilárd vagy folyadék finom vagy ultrafinom csiszolását az ultrahangos rezgés hatása miatt. A folyékony közegben képződő ultrahangos mező sajátosságai miatt az ultrahangos diszperzió nagyon diszpergált, kémiailag tiszta szuszpenziót eredményez (részecskeméret kisebb, mint 1μm).

A grafén ultrahangos előállításának elve

A grafén ultrahangos előkészítése a kavitációs hatáson alapszik, így a grafén belsejében lévő kvantumszerkezet nem pusztul el. Az ultrahangos kavitáció nagy teljesítményű ultrahang segítségével nagyfrekvenciás amplitúdót generálhat. Nagy teljesítményű ultrahang használható folyadékok feldolgozására, például keverésre, emulgeálásra, diszpergálásra, agglomerálásra vagy őrlésre. Amikor a folyadékot ultrahanggal kezelik nagy intenzitással, a folyékony közegbe terjedő hanghullámok váltakozó nagynyomású (kompressziós) és alacsony nyomású (visszaverődési) ciklusokat okoznak, a sebesség a frekvenciától függ. Az alacsony nyomású ciklusban a nagy intenzitású ultrahang kis vákuumbuborékokat vagy üregeket hoz létre a folyadékban. Amikor a buborékok olyan térfogatot érnek el, amely nem képes elnyelni az energiát, a nagynyomású ciklus alatt hevesen összeomlanak. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezzük.

Kavitáció

Az ultrahangos diszperziós berendezések nagyfrekvenciás rezgéseket juttatnak el a folyadékba, és ennek a mechanikai igénybevételnek az alkalmazása szétválaszthatja a grafén részecskék agglomerációját. A folyadék ultrahangos feldolgozásakor a folyékony közegbe terjedő hanghullámok magas nyomás (kompresszió) és alacsony nyomás (visszaverődés) váltakozó ciklusát idézik elő. A folyadékban található ultrahangos kavitáció akár 1000 km / h (kb. 600 mph) sebességű nagysebességű folyadéksugarat is okozhat. Ez a sugár nagy nyomáson préseli a folyadékot a részecskék között, és elválasztja a grafént egymástól. A kisebb részecskék felgyorsulnak a folyadéksugárral, és nagy sebességgel ütköznek. A nagy sebességű ütközés által generált nagy szilárdságú lökéshullám folyamatosan hat a grafit test felületére, és a grafit visszaveri és húzófeszültséget generál. Amikor nagyszámú mikrobuborék tört fel, a grafitpelyhek közötti húzóerõ tovább növekszik, és a grafénpelyhek fokozatosan lehámozódnak.

A grafén hámlása és diszperziója

Ha grafént kell anyagként használni, akkor a grafént először egyenletesen kell diszpergálni a készítményben. Mivel a grafén hidrofób, nehéz nagy koncentrációjú grafén diszperziókat előállítani felületaktív anyagok vagy diszpergálószerek nélkül.

A grafén nanolapokat (GNP) a grafit oldószeres hámlasztásával készíthetjük nagy teljesítményű ultrahangos kezeléssel. Az ultrahangos hámlasztott grafén biopolimerekkel funkcionalizálható, hogy vízben diszpergálható grafént kapjon. Ultrahangos kavitációval a szintetizált grafén tovább feldolgozható stabil vízbázisú diszperzióvá. Könnyen agglomerálódik, ha a grafén nanométereket folyadékba keverik. Az ultrahangos diszperzió megtörheti a vízben és nem vizes szuszpenziókban agglomerált grafént, és kihasználhatja a nanoanyagok teljes potenciálját.

A grafén-oxid vízoldható és könnyen diszpergálható egy stabil kolloidba. Az ultrahangos hámlasztás és diszperzió nagyon hatékony, gyors és költséghatékony módszer, amely ipari méretekben képes szintetizálni, diszpergálni és funkcionalizálni a grafén-oxidot. A grafén-oxid (GO) nanolapok méretének szabályozása érdekében a hámlasztási módszer kulcsszerepet játszik. Pontos és ellenőrizhető folyamatparaméterei miatt az ultrahangos hámozás a legszélesebb körben alkalmazott rétegtechnika a kiváló minőségű grafén és grafén-oxid előállításában.

Grafén

Ultrahangos asszisztált folyékony hámlasztás

A folyékony hámlasztás (LPE) hatékony módszer a grafénpelyhek hámlasztására. A fő elv az, hogy grafitot vagy grafit-oxidot adjunk hozzá nyersanyagként egy adott oldószerben vagy felületaktív anyagban, hogy a forró interkalációs réteget keverjük egy grafén előkezelő oldat kialakításához, majd a nagy teljesítményű ultrahangos készülék által kibocsátott ultrahangos hullámokat használjuk a grafén a grafit felületéről. kijön.

Folyékony fázisú hámlasztási módszer

Az ultrahangos asszisztált grafén hámlasztás fő befolyásoló tényezői az ultrahangos hullámok kavitációja és a nagy nyíróerő. Az ultrahangos kezelés alatti kavitáció az oldószerben diszpergált grafit zúzódását okozza. Az ultrahangos hullámok nyíróereje az oldószert mikrojutakká alakíthatja, amelyek hatással vannak a grafit felületére és elősegítik a grafitrétegek elválasztását.

Összegezni

A nagy teljesítményű ultrahangos rendszer használható a grafén és a grafén-oxid hámozásához, diszpergálásához és előállításához. Megbízható ultrahangos processzorok és fejlett reaktorok képesek biztosítani a grafén feldolgozásához szükséges energiát és pontosan szabályozni a feldolgozási körülményeket, így az ultrahangos feldolgozási eredmények pontosan beállíthatók a szükséges feldolgozási célokhoz.