Uloga ultrazvučne disperzije u pripremi grafena
Ultrazvučna disperzija je pouzdana metoda za proizvodnju slojeva grafena iz grafitnih pahuljica ili čestica. Druge uobičajene tehnike disperzije (kao što su kuglični mlinovi, valjci ili mješalice s visokim smicačem) podložne su uporabi agresivnih reagensa i otapala. Ultrazvučna disperzijska tehnologija može dobro prevladati ovaj problem i učinkovito pripremiti grafenske materijale.
Ultrazvučna disperzija grafena
Ultrazvučna disperzija će pretvoriti grafen u tekućini u raspršeno stanje, odnosno fino ili ultra-fino ultrazvučno brušenje krutih tvari ili tekućina zbog učinka ultrazvučnih vibracija. Zbog posebnosti ultrazvučnog polja generiranog u tekućem mediju, ultrazvučna disperzija osigurava visoko raspršenu uniformu, kemijski čistu suspenziju (veličina čestica manja od 1μm).
Načelo ultrazvučne pripreme grafena
Ultrazvučna priprema grafena temelji se na kavitacijskom učinku, tako da kvantna struktura unutar grafena neće biti uništena. Ultrazvučna kavitacija može generirati visokofrekventnu amplitudu kroz ultrazvuk velike snage. Ultrazvuk velike snage može se koristiti za obradu tekućine, kao što su miješanje, emulgiranje, raspršivanje i de-aglomeriranje ili brušenje. Kada se tekućina ultrazvukom visokog intenziteta, zvučni valovi koji se šire u tekući medij uzrokuju izmjenične cikluse visokog tlaka (kompresije) i niskog tlaka (refleksije), a brzina ovisi o frekvenciji. U ciklusu niskog tlaka, ultrazvuk visokog intenziteta stvorit će male vakuumske mjehuriće ili praznine u tekućini. Kada mjehurići dosegnu volumen koji ne može apsorbirati energiju, oni se nasilno urušavaju tijekom ciklusa visokog tlaka. Ovaj fenomen naziva se kavitacija.
kavitacija
Ultrazvučna disperzijska oprema će prenijeti visokofrekventne vibracije u tekućinu, a primjena ovog mehaničkog naprezanja može odvojiti aglomeraciju grafenskih čestica. Kada se tekućina ultrazvučno obrađuje, zvučni valovi koji se šire u tekući medij uzrokuju da se visoki tlak (kompresija) i nizak tlak (refleksija) šire. Ultrazvučna kavitacija u tekućini može uzrokovati brze tekuće mlaznice do 1000 km / h (oko 600 mph). Ovaj mlaz stisne tekućinu pod visokim tlakom između čestica i odvaja grafen jedan od drugog. Manje čestice će ubrzati s tekućim mlazom i sudariti se velikom brzinom. Udarni val visoke čvrstoće generiran sudarom velike brzine kontinuirano djeluje na površinu grafitnog tijela, a grafit će odražavati i generirati vlačni stres. Kada se veliki broj mikromjehurića rasprsne, vlačni stres između grafitnih pahuljica nastavit će se povećavati, a grafenske pahuljice postupno će se ljuštiti.
Piling i disperzija grafena
Ako se grafen koristi kao materijal, grafen se prvo mora ravnomjerno raspršiti u formulaciju. Budući da je grafen hidrofobičan, teško je dobiti disperzije grafena visoke koncentracije bez površinski aktivnih tvari ili raspršivača.
Grafen nanosheets (GNP) može se napraviti piling grafit u otapalu velike snage ultrazvučni tretman. Ultrazvučni piling grafen može se funkcionalizirati s biopolimers za dobivanje vode-disperzibilni grafen. Kroz ultrazvučnu kavitaciju, sintetizirani grafen može se dalje obraditi u stabilnu disperziju na bazi vode. Lako je aglomerirati kada se grafen nanometari miješaju u tekućinu. Ultrazvučna disperzija može razbiti grafen aglomeriran u vodi i ne-vodene suspenzije, i može izvršiti puni potencijal nano materijala.
Grafen oksid je topiv u vodi i može se lako raspršiti u stabilan koloid. Ultrazvučni piling i disperzija je vrlo učinkovita, brza i isplativa metoda koja može sintetizirati, raspršiti i funkcionalizirati grafen oksid u industrijskim razmjerima. Kako bi se kontrolirala veličina nanosheeta grafen oksida (GO), metoda pilinga igra ključnu ulogu. Zbog preciznih i kontroliranih parametara procesa, ultrazvučni piling je najčešće korištena tehnika slojevitosti u proizvodnji visokokvalitetnog grafena i grafen oksida.
Grafen
Ultrazvučni potpomognuti tekući piling
Tekući piling (LPE) učinkovita je metoda za piling grafenskih pahuljica. Glavni princip je dodavanje grafitnog ili grafitnog oksida kao sirovine u određeno otapalo ili površinski aktivnu površinu kako bi se promiješao vrući interkalacijski sloj kako bi se stvorila otopina za predobradu grafena, a zatim koristiti ultrazvučne valove koje emitira ultrazvučni uređaj velike snage za ljuštenje grafena s grafitne površine. izaći.
Metoda ljuštenja tekuće faze
Glavni utjecajni čimbenici ultrazvučno potpomognutog pilinga grafena su kavitacija ultrazvučnih valova i visoka sila smicanja. Kavitacija tijekom ultrazvučnog liječenja uzrokuje da se grafit raspršen u otapalu zgnječi. Sila striženja ultrazvučnih valova može učiniti otapalo mikro mlaznicama kako bi utjecalo na površinu grafita i promicalo odvajanje slojeva grafita.
Zbroji
Ultrazvučni sustav velike snage može se koristiti za piling, disperziju i pripremu grafena i grafen oksida. Pouzdani ultrazvučni procesori i napredni reaktori mogu osigurati snagu potrebnu za obradu grafena i precizno kontrolirati uvjete obrade, tako da se ultrazvučni rezultati obrade mogu točno prilagoditi potrebnim ciljevima obrade.
