Ultraheli dispersiooni roll grafeeni valmistamisel

Ultraheli dispersioon on usaldusväärne meetod grafeenikihtide valmistamiseks grafiidihelvestest või -osakestest. Teised levinud dispersioonitehnikad, nagu kuulveskid, valtsveskid või suure nihkejõuga segistid, on vastuvõtlikud agressiivsete reaktiivide ja lahustite kasutamisele. Ultraheli dispersioonitehnoloogia saab sellest probleemist hästi üle ja grafeenmaterjale tõhusalt ette valmistada.

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

Grafeeni ultraheli valmistamise põhimõte

Grafeeni ultraheli valmistamine põhineb kavitatsiooniefektil, nii et grafeeni sees olev kvantstruktuur ei hävine. Ultraheli kavitatsioon tekitab suure{0}}sagedusega amplituudid suure-võimsusega ultrahelilainete kaudu. Suure võimsusega ultraheli saab kasutada vedelike töötlemiseks, näiteks segamiseks, emulgeerimiseks, dispergeerimiseks ja deaglomereerimiseks või jahvatamiseks. Kui vedelikku töödeldakse suure intensiivsusega ultraheliga, põhjustavad vedelasse keskkonda levivad helilained vaheldumisi kõrge rõhu (kokkusurumine) ja madala rõhu (peegeldus) tsükleid sagedusest sõltuva kiirusega. Kõrge -intensiivsusega ultrahelilained madala rõhuga Kui mullid jõuavad mahuni, kus nad ei suuda energiat neelata, kukuvad nad kõrgrõhutsüklis{4}}järsult kokku. Seda nähtust nimetatakse kavitatsiooniks.

Ultraheli dispergeerimisseade edastab vedelikku{0}}kõrgsageduslikud vibratsioonid ja selle mehaanilise pinge rakendamine võib eraldada grafeeniosakeste aglomeraadid. Vedelike ultraheliga töötlemisel põhjustavad vedelasse keskkonda levivad helilained vaheldumisi kõrge rõhu (kompressioon) ja madala rõhu (peegeldus) tsükleid. Ultraheli kavitatsioon vedelikes põhjustab suure -kiirusega vedelikujoa kuni 1000 km/h (umbes 600 miili tunnis). See joa pigistab vedeliku kõrgel rõhul osakeste vahele ja eraldab grafeeni üksteisest. Väiksemad osakesed kiirendatakse vedelikujoaga ja põrkuvad suurel kiirusel kokku. Suure -intensiivsusega lööklaine, mis tekib suurel-kiirusel kokkupõrkel, mõjub pidevalt grafiitkeha pinnale ning grafiit peegeldub ja tekitab tõmbepingeid. Kui suur hulk mikromulle puruneb, suureneb grafiidihelveste vaheline tõmbepinge pidevalt ja grafeenihelbed kooritakse järk-järgult.

02 Grafeeni koorimine ja hajutamine

Kui materjalina kasutatakse grafeeni, tuleb see esmalt koostises ühtlaselt jaotada. Grafeeni hüdrofoobsuse tõttu on raske saada kõrge-kontsentratsiooniga grafeeni dispersioone ilma pindaktiivsete ainete või dispergeerivate ainete stabiliseerimiseta.

Grafeeninanolehti (GNP) saab valmistada grafiidi koorimisel lahustis suure võimsusega ultrahelitöötlusega. Ultraheliga kooritud grafeeni saab funktsionaliseerida biopolümeeridega, et saada vees -dispergeeruvat grafeeni. Sünteesitud grafeeni saab ultrahelikavitatsiooni abil täiendavalt töödelda stabiilseteks veepõhisteks dispersioonideks. Aglomereerumine toimub kergesti, kui grafeeni nanomaterjalid segatakse vedelikega, ja ultraheli dispersioon võib purustada aglomeeritud grafeeni vesi- ja mitte-vesisuspensioonides, mis võib nanomaterjalide täieliku potentsiaali välja tuua.

Grafeenoksiid on vees{0}}lahustuv ja seda saab kergesti dispergeerida stabiilseteks kolloidideks. Ultraheli koorimine ja dispergeerimine on väga tõhus, kiire ja kulutõhus-meetod grafeenoksiidi sünteesimiseks, hajutamiseks ja funktsionaliseerimiseks tööstuslikus mastaabis. Grafeenoksiidi (GO) nanolehtede suuruse kontrollimiseks mängib võtmerolli koorimismeetod. Täpselt juhitavate protsessiparameetrite tõttu on ultrahelikoorimine kõige laialdasemalt kasutatav delaminatsioonitehnika kvaliteetse-grafeeni ja grafeenoksiidi tootmiseks.

03 Ultraheli abil teostatav vedelfaasi koorimine

Vedelfaasiline koorimine (LPE) on tõhus meetod grafeenihelveste koorimiseks. Peamine põhimõte on lisada grafiit või grafiitoksiid toorainena konkreetsele lahustile või pindaktiivsele ainele, et segada termiline interkalatsioon, et moodustada grafeeni eeltöötluslahus, ja seejärel kasutada suure võimsusega ultraheliseadme poolt kiiratavaid ultrahelilaineid. grafeeni koorimiseks grafiidi pinnalt. tule välja.

Vedelfaasi koorimise meetod

Ultraheli{0}}abiga grafeenikoorimise peamised mõjutegurid on ultraheli kavitatsioon ja suur nihkejõud. Kavitatsioon ultrahelitöötlusprotsessis põhjustab lahustis dispergeeritud grafiidi purustamise ja purustamise. Ultrahelilainete nihkejõud võib põhjustada lahusti mikrojugade moodustumist, mis mõjutavad grafiidi pinda, mis soodustab grafiidikihtide eraldumist.

04 Kokkuvõte

Suure võimsusega-ultrahelisüsteeme saab kasutada grafeeni ja grafeenoksiidi koorimiseks, hajutamiseks ning valmistamiseks. Usaldusväärsed ultraheliprotsessorid ja täiustatud reaktorid tagavad grafeeni töötlemiseks vajaliku võimsuse koos täpselt kontrollitud töötlemistingimustega, mis võimaldavad ultrahelitöötlustulemusi täpselt soovitud töötlemise sihtmärgile häälestada.