Peran Dispersi Ultrasonik dalam Persiapan Graphene

Dispersi ultrasonik adalah metode yang dapat diandalkan untuk menghasilkan lapisan graphene dari serpihan grafit atau partikel. Teknik dispersi umum lainnya seperti pabrik bola, pabrik gulung atau mixer geser tinggi rentan terhadap penggunaan reagen dan pelarut agresif. Teknologi dispersi ultrasonik dapat mengatasi masalah ini dengan baik dan menyiapkan bahan graphene secara efisien.

Dispersi ultrasonik mengubah graphene dalam cairan menjadi keadaan tersebar, yaitu, baik atau ultrafine ultrasonik grinding padatan atau cairan karena efek getaran ultrasonik. Karena kekhususan bidang ultrasonik yang dihasilkan dalam media cair, dispersi ultrasonik menyediakan seragam yang sangat tersebar, suspensi kimia murni (ukuran partikel kurang dari 1 μm).

01

Prinsip persiapan ultrasonik graphene

Persiapan ultrasonik graphene didasarkan pada efek kavitasi, sehingga struktur kuantum di dalam graphene tidak akan hancur. Kavitasi ultrasonik menghasilkan amplitudo frekuensi tinggi melalui gelombang ultrasonik berdaya tinggi. Ultrasound daya tinggi dapat digunakan untuk pengobatan cairan seperti pencampuran, emulsi, dispersing dan deagglomerating atau grinding. Ketika cairan disonikasi pada intensitas tinggi, gelombang suara merambat ke media cair menyebabkan siklus bergantian tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (refleksi) pada tingkat yang tergantung pada frekuensi. Gelombang ultrasonik intensitas tinggi dalam siklus tekanan rendah menciptakan gelembung vakum kecil atau rongga dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume di mana mereka tidak dapat menyerap energi, mereka runtuh dengan keras dalam siklus tekanan tinggi. Fenomena ini disebut kavitasi.

Perangkat dispersi ultrasonik mentransmisikan getaran frekuensi tinggi ke dalam cairan, dan penerapan tekanan mekanis ini dapat memisahkan aglomerasi partikel graphene. Saat sonicating cairan, gelombang suara merambat ke media cair menyebabkan siklus bergantian tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (refleksi). Kavitasi ultrasonik dalam cairan menghasilkan jet cair berkecepatan tinggi hingga 1000 km / jam (sekitar 600 mph). Jet ini meremas cairan pada tekanan tinggi antara partikel dan memisahkan graphene satu sama lain. Partikel yang lebih kecil dipercepat dengan jet cair dan bertabrakan dengan kecepatan tinggi. Gelombang kejut intensitas tinggi yang dihasilkan oleh tabrakan berkecepatan tinggi terus bekerja pada permukaan tubuh grafit, dan grafit akan memantulkan dan menghasilkan tegangan tarik. Ketika sejumlah besar microbubbles rusak, tegangan tarik antara serpihan grafit meningkat terus menerus, dan serpihan graphene secara bertahap terkelupas.

02Exfoliation dan dispersi graphene

Jika graphene akan digunakan sebagai bahan, pertama-tama harus tersebar secara seragam dalam formulasi. Karena hidrofobik graphene, sulit untuk mendapatkan dispersi graphene konsentrasi tinggi tanpa stabilisasi surfaktan atau dispersan.

Graphene nanosheets (GNPs) dapat dibuat dengan pengelupasan grafit dalam pelarut dengan sonikasi daya tinggi. Graphene terkelupas ultrasonik dapat difungsikan dengan biopolimer untuk mendapatkan graphene yang dapat didispersi air. Graphene yang disintesis dapat diproses lebih lanjut menjadi dispersi berbasis air yang stabil dengan kavitasi ultrasonik. Aglomerasi mudah terjadi ketika nanomaterial graphene dicampur ke dalam cairan, dan dispersi ultrasonik dapat memecah graphene aglomerasi dalam suspensi berair dan non-berair, yang dapat membawa keluar potensi penuh nanomaterials.

Graphene oxide larut dalam air dan dapat dengan mudah menyebar ke koloid stabil. Pengelupasan ultrasonik dan dispersi adalah metode yang sangat efisien, cepat dan hemat biaya untuk mensintesis, menyebarkan dan mengfungsikan graphene oxide pada skala industri. Untuk mengontrol ukuran graphene oxide (GO) nanosheets, metode pengelupasan kulit memainkan peran kunci. Karena parameter prosesnya yang dapat dikontrol dengan tepat, pengelupasan ultrasonik adalah teknik delaminasi yang paling banyak digunakan untuk produksi graphene dan graphene oxide berkualitas tinggi.

03 Pengelupasan fase cair berbantuanultik

Pengelupasan fase cair (LPE) adalah metode yang efisien untuk pengelupasan serpihan graphene. Prinsip utamanya adalah menambahkan grafit atau grafit oksida sebagai bahan baku pelarut atau surfaktan tertentu untuk mengaduk interkalasi termal untuk membentuk larutan pretreatment graphene, dan kemudian menggunakan gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh perangkat ultrasonik berdaya tinggi untuk mengupas graphene dari permukaan grafit. keluar.

Metode pengelupasan fase cair

Faktor-faktor utama yang mempengaruhi pengelupasan graphene ultrasonic-assisted adalah kavitasi ultrasonik dan gaya geser tinggi. Kavitasi dalam proses pengobatan ultrasonik menyebabkan grafit tersebar dalam pelarut untuk dihancurkan dan dihancurkan. Gaya geser gelombang ultrasonik dapat menyebabkan pelarut membentuk mikro-jet untuk mempengaruhi permukaan grafit, yang mempromosikan pemisahan lapisan grafit.

04Summary

Sistem ultrasonik berdaya tinggi dapat digunakan untuk pengelupasan kulit, dispersi dan persiapan graphene dan graphene oxide. Prosesor ultrasonik yang andal dan reaktor canggih menyediakan daya yang dibutuhkan untuk pemrosesan graphene, dengan kondisi pemrosesan yang dikontrol secara tepat yang memungkinkan hasil pemrosesan ultrasonik disetel secara tepat ke target pemrosesan yang diinginkan.