Ultraskaņas dispersijas loma grafēna sagatavošanā

Ultraskaņas dispersija ir uzticama metode grafēna slāņu ražošanai no grafīta pārslām vai daļiņām. Citas kopīgas dispersijas metodes, piemēram, lodīšu dzirnavas, velmētavas vai augstas bīdes maisītāji, ir jutīgas pret agresīvu reaģentu un šķīdinātāju izmantošanu. Ultraskaņas dispersijas tehnoloģija var labi pārvarēt šo problēmu un efektīvi sagatavot grafēna materiālus.

Ultraskaņas dispersija pārveido grafēnu šķidrumā izkliedētā stāvoklī, tas ir, smalku vai ultrafine ultraskaņas sasmalcināšanu cietām vielām vai šķidrumiem ultraskaņas vibrāciju ietekmes dēļ. Sakarā ar šķidrā vidē ģenerētā ultraskaņas lauka specifiku, ultraskaņas dispersija nodrošina ļoti izkliedētu vienmērīgu, ķīmiski tīru suspensiju (daļiņu izmērs mazāks par 1 μm).

01

Grafēna ultraskaņas sagatavošanas princips

Grafēna ultraskaņas sagatavošana ir balstīta uz kavitācijas efektu, tāpēc kvantu struktūra grafēna iekšpusē netiks iznīcināta. Ultraskaņas kavitācija rada augstas frekvences amplitūdas, izmantojot lieljaudas ultraskaņas viļņus. Lieljaudas ultraskaņu var izmantot šķidrumu ārstēšanai, piemēram, sajaukšanai, emulģēšanai, izkliedēšanai un deaglomerēšanai vai slīpēšanai. Ja šķidrums tiek sonicēts ar augstu intensitāti, skaņas viļņi, kas izplatās šķidrā vidē, izraisa mainīgus augsta spiediena (kompresijas) un zema spiediena (atstarošanas) ciklus ar ātrumu, kas ir atkarīgs no frekvences. Augstas intensitātes ultraskaņas viļņi zema spiediena ciklos rada mazus vakuuma burbuļus vai tukšumus šķidrumā. Kad burbuļi sasniedz tilpumu, kur tie nevar absorbēt enerģiju, augstspiediena ciklā tie spēcīgi sabrūk. Šo parādību sauc par kavitāciju.

Ultraskaņas dispersijas ierīce pārraida augstas frekvences vibrācijas šķidrumā, un šīs mehāniskās spriedzes pielietošana var atdalīt grafēna daļiņu aglomerātus. Sonicating šķidrumiem, skaņas viļņi, kas izplatās šķidrā vidē, izraisa mainīgus augsta spiediena (kompresijas) un zema spiediena (atstarošanas) ciklus. Ultraskaņas kavitācija šķidrumos rada augsta ātruma šķidruma strūklas līdz 1000 km / h (apmēram 600 mph). Šī strūkla izspiež šķidrumu augstā spiedienā starp daļiņām un atdala grafēnu viens no otra. Mazākas daļiņas tiek paātrinātas ar šķidruma strūklu un saduras lielā ātrumā. Augstas intensitātes triecienvilnis, ko rada ātrgaitas sadursme, nepārtraukti iedarbojas uz grafīta ķermeņa virsmu, un grafīts atspoguļos un radīs stiepes stresu. Kad tiek sadalīti daudzi mikroburbuļi, stiepes spriegums starp grafīta pārslām nepārtraukti palielinās, un grafēna pārslas pakāpeniski tiek lobītas.

02Graphēna izdalīšanās un dispersija

Ja grafēns jāizmanto kā materiāls, tam vispirms jābūt vienmērīgi izkliedētam preparātā. Grafēna hidrofobitātes dēļ ir grūti iegūt augstas koncentrācijas grafēna dispersijas bez virsmaktīvo vielu vai disperģēžu stabilizēšanas.

Grafēna nanoloksnes (NKP) var izgatavot, pīlinginga grafītu šķīdinātājā ar lieljaudas ultraskaņu. Ultraskaņas pīlinga grafēnu var funkcionalizēt ar biopolimēriem, lai iegūtu ūdenī disperģējamu grafēnu. Sintezēto grafēnu var tālāk apstrādāt stabilās ūdens bāzes dispersijās ar ultraskaņas kavitāciju. Aglomerācija viegli notiek, kad grafēna nanomateriāli tiek sajaukti šķidrumos, un ultraskaņas dispersija var sadalīt aglomerēto grafēnu ūdens un bezūdens suspensijās, kas var pilnībā izcelt nanomateriālu potenciālu.

Grafēna oksīds ir ūdenī šķīstošs, un to var viegli izkliedēt stabilos koloīdos. Ultraskaņas pīlings un dispersija ir ļoti efektīva, ātra un rentabla metode grafēna oksīda sintēzes, izkliedēšanai un funkcionalizēšanai rūpnieciskā mērogā. Lai kontrolētu grafēna oksīda (GO) nanoloksņu lielumu, galvenā loma ir pīlinga metodei. Pateicoties precīzi kontrolējamiem procesa parametriem, ultraskaņas pīlings ir visplašāk izmantotā delaminācijas tehnika augstas kvalitātes grafēna un grafēna oksīda ražošanai.

03Ultrasonic asistētā šķidrās fāzes pīlings

Šķidrās fāzes lobīšanās (LPE) ir efektīva grafēna pārslu lobīšanas metode. Galvenais princips ir pievienot grafītu vai grafīta oksīdu kā izejvielu konkrētam šķīdinātājam vai virsmaktīvajai vielai, lai maisītu termisko interkalāciju, veidojot grafēna pirmapstrādes šķīdumu, un pēc tam izmantot ultraskaņas viļņus, ko izstaro lieljaudas ultraskaņas ierīce, lai mizotu grafēnu no grafīta virsmas. iznākt.

Šķidrās fāzes pīlinga metode

Galvenie ultraskaņas atbalstītā grafēna pīlinga ietekmējošie faktori ir ultraskaņas kavitācija un augsts bīdes spēks. Kavitācija ultraskaņas apstrādes procesā izraisa šķīdinātājā izkliedētā grafīta sasmalcināšanu un sasmalcināšanu. Ultraskaņas viļņu bīdes spēks var izraisīt šķīdinātāja mikro strūklu formu, lai ietekmētu grafīta virsmu, kas veicina grafīta slāņu atdalīšanu.

04Summary

Lieljaudas ultraskaņas sistēmas var izmantot grafēna un grafēna oksīda pīlingam, dispersijai un sagatavošanai. Uzticami ultraskaņas procesori un uzlaboti reaktori nodrošina grafēna apstrādei nepieciešamo jaudu ar precīzi kontrolētiem apstrādes apstākļiem, kas ļauj ultraskaņas apstrādes rezultātus precīzi noregulēt uz vēlamo apstrādes mērķi.