De rol van ultrasone dispersie in grafeenvoorbereiding

Ultrasone dispersie is een betrouwbare methode om grafeenlagen te produceren uit grafietvlokken of deeltjes. Andere gangbare dispersietechnieken zoals kogelmolens, walserijen of high-shear mixers zijn gevoelig voor het gebruik van agressieve reagentia en oplosmiddelen. De ultrasone dispersietechnologie kan dit probleem goed oplossen en grafeenmaterialen efficiënt voorbereiden.

Ultrasone dispersie transformeert grafeen in vloeistof in een gedispergeerde toestand, dat wil zeggen fijn of ultrafijn ultrasoon slijpen van vaste stoffen of vloeistoffen als gevolg van het effect van ultrasone trillingen. Vanwege de specificiteit van het ultrasone veld dat in het vloeibare medium wordt gegenereerd, zorgt ultrasone dispersie voor een sterk gedispergeerde uniforme, chemisch zuivere suspensie (deeltjesgrootte minder dan 1 μm).

01

Het principe van ultrasone bereiding van grafeen

Ultrasone bereiding van grafeen is gebaseerd op het cavitatie-effect, dus de kwantumstructuur in het grafeen zal niet worden vernietigd. Ultrasone cavitatie genereert hoogfrequente amplitudes door middel van krachtige ultrasone golven. Ultrageluid met hoog vermogen kan worden gebruikt voor de behandeling van vloeistoffen zoals mengen, emulgeren, dispergeren en deagglomereren of malen. Wanneer een vloeistof met hoge intensiteit wordt gesoniseerd, veroorzaken geluidsgolven die zich voortplanten in het vloeibare medium afwisselende cycli van hoge druk (compressie) en lage druk (reflectie) met een snelheid die afhankelijk is van de frequentie. Ultrasone golven met hoge intensiteit in lagedrukcycli creëren kleine vacuümbellen of holtes in de vloeistof. Wanneer de bellen een volume bereiken waar ze de energie niet kunnen absorberen, storten ze hevig in de hogedrukcyclus in. Dit fenomeen wordt cavitatie genoemd.

Het ultrasone dispersieapparaat verzendt hoogfrequente trillingen in de vloeistof en de toepassing van deze mechanische spanning kan de agglomeraten van de grafeendeeltjes scheiden. Bij het soniceren van vloeistoffen veroorzaken geluidsgolven die zich voortplanten in het vloeibare medium afwisselende cycli van hoge druk (compressie) en lage druk (reflectie). Ultrasone cavitatie in vloeistoffen resulteert in vloeistofstralen met hoge snelheid tot 1000 km / h (ongeveer 600 mph). Deze straal knijpt de vloeistof onder hoge druk tussen de deeltjes en scheidt het grafeen van elkaar. Kleinere deeltjes worden versneld met de vloeistofstraal en botsen met hoge snelheid. De schokgolf met hoge intensiteit die wordt gegenereerd door de botsing met hoge snelheid werkt continu op het oppervlak van het grafietlichaam en het grafiet zal trekspanning reflecteren en genereren. Wanneer een groot aantal microbubbels wordt gebroken, neemt de trekspanning tussen de grafietvlokken voortdurend toe en worden de grafeenvlokken geleidelijk geëxfolieerd.

02Exfoliatie en dispersie van grafeen

Als grafeen als materiaal moet worden gebruikt, moet het eerst gelijkmatig in de formulering worden gedispergeerd. Vanwege de hydrofobiciteit van grafeen is het moeilijk om grafeendispersies met hoge concentratie te verkrijgen zonder de stabilisatie van oppervlakteactieve stoffen of dispergeermiddelen.

Grafeen nanosheets (GNPs) kunnen worden vervaardigd door grafiet in een oplosmiddel te exfoliëren door middel van krachtige ultrasoonapparaat. Ultrasoon geëxfolieerd grafeen kan worden gefunctionaliseerd met biopolymeren om waterdispergeerbare grafeen te verkrijgen. Het gesynthetiseerde grafeen kan verder worden verwerkt tot stabiele dispersies op waterbasis door ultrasone cavitatie. Agglomeratie treedt gemakkelijk op wanneer grafeen nanomaterialen worden gemengd in vloeistoffen, en ultrasone dispersie kan het geagglomereerde grafeen afbreken in waterige en niet-waterige suspensies, waardoor het volledige potentieel van nanomaterialen naar voren kan komen.

Grafeenoxide is oplosbaar in water en kan gemakkelijk worden gedispergeerd in stabiele colloïden. Ultrasone exfoliatie en dispersie is een zeer efficiënte, snelle en kosteneffectieve methode om grafeenoxide op industriële schaal te synthetiseren, dispergeren en functionaliseren. Om de grootte van grafeenoxide (GO) nanosheets te regelen, speelt de exfoliatiemethode een sleutelrol. Vanwege de nauwkeurig controleerbare procesparameters is ultrasone exfoliatie de meest gebruikte delaminatietechniek voor de productie van hoogwaardig grafeen en grafeenoxide.

03Ultrasonisch geassisteerde vloeibare fase exfoliatie

Vloeibare fase exfoliatie (LPE) is een efficiënte methode voor exfoliatie van grafeenvlokken. Het belangrijkste principe is om grafiet of grafietoxide als grondstof toe te voegen aan een specifiek oplosmiddel of oppervlakteactieve stof om de thermische intercalatie te roeren om een grafeenvoorbehandelingsoplossing te vormen en vervolgens de ultrasone golven te gebruiken die worden uitgezonden door een krachtig ultrasoon apparaat om het grafeen van het grafietoppervlak te pellen. uitkomen.

Vloeibare fase peeling methode

De belangrijkste beïnvloedende factoren van ultrasoon geassisteerde grafeenexfoliatie zijn ultrasone cavitatie en hoge schuifkracht. De cavitatie in het ultrasone behandelingsproces zorgt ervoor dat het grafiet dat in het oplosmiddel wordt gedispergeerd, wordt geplet en geplet. De schuifkracht van ultrasone golven kan ervoor zorgen dat het oplosmiddel microjets vormt om het grafietoppervlak te beïnvloeden, wat de scheiding van grafietlagen bevordert.

04Samenvatting

Krachtige ultrasone systemen kunnen worden gebruikt voor exfoliatie, dispersie en bereiding van grafeen en grafeenoxide. Betrouwbare ultrasone processors en geavanceerde reactoren leveren de kracht die nodig is voor grafeenverwerking, met nauwkeurig gecontroleerde verwerkingsomstandigheden waarmee de ultrasone verwerkingsresultaten nauwkeurig kunnen worden afgestemd op het gewenste verwerkingsdoel.