Ролята на ултразвуковата дисперсия в подготовката на графен
Ултразвукова дисперсия е надежден метод за производство на графенови слоеве от графит люспи или частици. Други често срещани техники на дисперсия (като топкови мелници, валцови мелници или миксери с високи срязване) са податливи на използването на агресивни реактиви и разтворители. Технологията за ултразвукова дисперсия може да преодолее този проблем и ефективно да подготви графенови материали.
Ултразвукова дисперсия на графен
Ултразвукова дисперсия ще превърне графена в течността в диспергирано състояние, т.е. фино или ултра-фино ултразвуково смилане на твърди частици или течности, дължащо се на ефекта на ултразвукови вибрации. Поради спецификата на ултразвуковото поле, генерирано в течната среда, ултразвуковата дисперсия осигурява силно разпръсната равномерно, химически чиста суспензия (размер на частиците по-малък от 1 μm).
Принципът на ултразвуковата подготовка на графен
Ултразвуковата подготовка на графен се основава на ефекта на кавитация, така че квантовата структура вътре в графена няма да бъде унищожена. Ултразвукова кавитация може да генерира висока честота амплитуда чрез ултразвук с висока мощност. Ултразвукът с висока мощност може да се използва за течна обработка, като смесване, емулгиране, диспергиране и деагломериране или шлайфане. Когато течността се обогати с ултразвук с висока интензивност, звуковите вълни, разпространяващи се в течната среда, причиняват редуващи се цикли на високо налягане (компресия) и ниско налягане (отразяване), като скоростта зависи от честотата. В цикъла на ниско налягане, ултразвукът с висока интензивност ще създаде малки вакуумни мехурчета или кухини в течността. Когато мехурчетата достигнат обем, който не може да абсорбира енергия, те се свиват бурно по време на цикъла на високо налягане. Това явление се нарича кавитация.
Кавитация
Ултразвуковото оборудване за дисперсия ще предава високочестотни вибрации в течността и прилагането на това механично напрежение може да отдели агломерацията на графеновите частици. Когато течността се обработва ултразвуково, звуковите вълни, които се разпространяват в течната среда, причиняват високо налягане (компресия) и ниско налягане (отражение), за да се редуват циклично. Ултразвукова кавитация в течността може да доведе до високоскоростни течни струи до 1000 km / h (приблизително 600 mph). Струята изстисква течността при високо налягане между частиците и разделя графена един от друг. По-малките частици ще ускорят с течната струя и ще се сблъскат с висока скорост. Ударната вълна с висока якост, генерирана от високоскоростния сблъсък, непрекъснато действа върху повърхността на графиното тяло, а графитът ще отразява и генерира напрежение на опън. Когато голям брой микробуси се спука, напрежението на опън между графитните люспи ще продължи да се увеличава, и графен люспите постепенно ще бъдат отлепяни.
Ексфолиране и дисперсия на графен
Ако графенът трябва да се използва като материал, графенът първо трябва да бъде равномерно разпръснат във формулата. Тъй като графенът е хидрофобен, е трудно да се получат графенови дисперсии с висока концентрация без повърхностноактивни вещества или дисперсанти.
Графенови наношевки (GNP) могат да бъдат направени чрез ексфолиране на графит в разтворител чрез ултразвукова обработка с висока мощност. Ултразвуковият ексфолиран графен може да бъде функционализиран с биополимери за получаване на вододисперсионен графен. Чрез ултразвукова кавитация синтезираният графен може да бъде допълнително преработен в стабилна водна дисперсия. Лесно е да се агломерира, когато графенови нанометра се смесват в течност. Ултразвукова дисперсия може да наруши графена агломериран във вода и неводни суспензии и може да упражни пълния потенциал на нано материалите.
Графен оксидът е водоразтворим и може лесно да се диспергира в стабилен колоид. Ултразвукова ексфолиация и дисперсия е много ефективен, бърз и рентабилен метод, който може да синтезира, диспергира и функционали графен оксид в индустриален мащаб. За да се контролира размерът на наносители на графенов оксид (GO), методът на ексфолиране играе ключова роля. Поради своите точни и контролируеми параметри на процеса, ултразвуковото пилинг е най-широко използвана техника за слоя при производството на висококачествен графен и графенов оксид.
Графен
Ултразвуково подпомага течно ексфолиране
Течно ексфолиране (LPE) е ефективен метод за ексфолиране графен люспи. Основният принцип е да се добави графит или графит оксид като суровина в конкретен разтворител или повърхностноактивно вещество, за да се разбърква горещия интеркалация слой, за да се образува графен предварително пречистване разтвор, и след това да се използват ултразвукови вълни, излъчвани от ултразвуково устройство с висока мощност, за да се обелят графен от повърхността на графита. излезте.
Метод на пилинг на течна фаза
Основните фактори, влияещи на ултразвуковото подпомагане на графена са кавитация на ултразвукови вълни и висока сила на срязване. Кавитация по време на ултразвукова обработка причинява диспергиран графит в разтворителя, който трябва да бъде раздробван. Силата на срязване на ултразвукови вълни може да накара разтворителя да образува микро струи, за да повлияе на повърхността на графита и да насърчи разделянето между графитни слоеве.
Обобщете
Ултразвуковата система с висока мощност може да се използва за пилинг, дисперсия и подготовка на графен и графенов оксид. Надеждните ултразвукови процесори и напреднали реактори могат да осигурят необходимата мощност за обработка на графен и точно да контролират условията на обработка, така че резултатите от ултразвуковата обработка да могат да бъдат точно коригирани според необходимите цели за обработка.
