Rollen för ultraljudsspridning vid grafenberedning

Ultraljudsdispersion är en pålitlig metod för att framställa grafenlager från grafitflingor eller partiklar. Andra vanliga dispersionstekniker såsom kulkvarnar, valskvarnar eller högskjuvningsblandare är känsliga för användning av aggressiva reagens och lösningsmedel. Ultraljudsspridningstekniken kan övervinna detta problem väl och förbereda grafenmaterial effektivt.

Ultrasonic dispersion transforms graphene in liquid into a dispersed state, that is, fine or ultrafine ultrasonic grinding of solids or fluids due to the effect of ultrasonic vibrations. Due to the specificity of the ultrasonic field generated in the liquid medium, ultrasonic dispersion provides a highly dispersed uniform, chemically pure suspension (particle size less than 1 μm).

01

Principen för ultraljudsberedning av grafen

Ultraljudsberedning av grafen är baserad på kavitationseffekten, så kvantstrukturen inuti grafenen kommer inte att förstöras. Ultraljudskavitation genererar hög-frekventa amplituder genom ultraljudsvågor med hög-effekt. Ultraljud med hög effekt kan användas för behandling av vätskor såsom blandning, emulgering, dispergering och deagglomerering eller malning. När en vätska sonikeras med hög intensitet orsakar ljudvågor som fortplantar sig in i det flytande mediet alternerande cykler av högt tryck (kompression) och lågt tryck (reflektion) med en hastighet som beror på frekvensen. Hög-ultraljudsvågor i låga-tryckscykler skapar små vakuumbubblor eller tomrum i vätskan. När bubblorna når en volym där de inte kan absorbera energin, kollapsar de våldsamt i högtryckscykeln. Detta fenomen kallas kavitation.

Ultraljudsspridningsenheten överför hög-vibrationer in i vätskan, och appliceringen av denna mekaniska påfrestning kan separera agglomeraten av grafenpartiklarna. Vid sonikering av vätskor orsakar ljudvågor som fortplantar sig in i det flytande mediet alternerande cykler av högt tryck (kompression) och lågt tryck (reflektion). Ultraljudskavitation i vätskor resulterar i-vätskestrålar med hög hastighet på upp till 1000 km/h (cirka 600 mph). Denna stråle pressar vätskan vid högt tryck mellan partiklarna och separerar grafenet från varandra. Mindre partiklar accelereras med vätskestrålen och kolliderar med hög hastighet. Den hög-intensiva stötvågen som genereras av höghastighetskollisionen verkar kontinuerligt på grafitkroppens yta, och grafiten kommer att reflektera och generera dragspänningar. När ett stort antal mikrobubblor bryts, ökar dragspänningen mellan grafitflingorna kontinuerligt, och grafenflingorna exfolieras gradvis.

02Exfoliering och spridning av grafen

Om grafen ska användas som material måste det först vara jämnt fördelat i formuleringen. På grund av grafens hydrofobicitet är det svårt att erhålla hög-koncentrationsgrafendispersioner utan stabilisering av ytaktiva ämnen eller dispergeringsmedel.

Graphene nanosheets (GNP) kan tillverkas genom att exfoliera grafit i ett lösningsmedel genom hög-ljudbehandling. Ultraljudsexfolierad grafen kan funktionaliseras med biopolymerer för att erhålla vatten-dispergerbar grafen. Den syntetiserade grafenen kan vidarebearbetas till stabila vatten-baserade dispersioner genom ultraljudskavitation. Agglomerering uppstår lätt när grafennanomaterial blandas i vätskor, och ultraljudsdispergering kan bryta upp den agglomererade grafenen i vattenhaltiga och icke-vattenhaltiga suspensioner, vilket kan ta fram nanomaterialens fulla potential.

Grafenoxid är vattenlöslig- och kan lätt dispergeras i stabila kolloider. Ultraljudsexfoliering och dispergering är en mycket effektiv, snabb och kostnadseffektiv-metod för att syntetisera, sprida och funktionalisera grafenoxid i industriell skala. För att kontrollera storleken på grafenoxid (GO) nanoark spelar exfolieringsmetoden en nyckelroll. På grund av dess exakt kontrollerbara processparametrar är ultraljudsexfoliering den mest använda delamineringstekniken för framställning av hög-kvalitetsgrafen och grafenoxid.

03Ultraljudsassisterad exfoliering i flytande fas

Liquid phase exfoliation (LPE) är en effektiv metod för exfoliering av grafenflingor. Huvudprincipen är att tillsätta grafit eller grafitoxid som råmaterial till ett specifikt lösningsmedel eller ytaktivt ämne för att röra om den termiska interkaleringen för att bilda en grafenförbehandlingslösning och sedan använda ultraljudsvågorna som emitteras av en hög-ultraljudsenhet att dra av grafenen från grafitytan. komma ut.

Flytande fas peeling metod

De främsta påverkande faktorerna för ultraljuds-assisterad grafenexfoliering är ultraljudskavitation och hög skjuvkraft. Kavitationen i ultraljudsbehandlingsprocessen gör att grafiten som är dispergerad i lösningsmedlet krossas och krossas. Skjuvkraften från ultraljudsvågor kan få lösningsmedlet att bilda mikro-jetstrålar som påverkar grafitytan, vilket främjar separationen av grafitskikten.

04 Sammanfattning

Hög-ultraljudssystem kan användas för exfoliering, dispergering och beredning av grafen och grafenoxid. Pålitliga ultraljudsprocessorer och avancerade reaktorer ger den kraft som krävs för grafenbearbetning, med exakt kontrollerade bearbetningsförhållanden som gör att ultraljudsbearbetningsresultaten kan justeras exakt till det önskade bearbetningsmålet.