Роль ультразвуковой дисперсии в получении графена

Ультразвуковая дисперсия является надежным методом получения графеновых слоев из графитовых хлопьев или частиц. Другие распространенные методы диспергирования, такие как шаровые мельницы, валковые мельницы или смесители с высоким сдвигом, подвержены использованию агрессивных реагентов и растворителей. Технология ультразвуковой дисперсии может хорошо преодолеть эту проблему и эффективно подготовить графеновые материалы.

Ультразвуковая дисперсия превращает графен в жидкости в дисперсное состояние, то есть тонкое или ультратонкое ультразвуковое измельчение твердых тел или жидкостей за счет воздействия ультразвуковых колебаний. Благодаря специфичности ультразвукового поля, генерируемого в жидкой среде, ультразвуковая дисперсия обеспечивает высокодисперсную однородную, химически чистую суспензию (размер частиц менее 1 мкм).

01

Принцип ультразвукового приготовления графена

Ультразвуковой препарат графена основан на кавитационном эффекте, поэтому квантовая структура внутри графена не будет разрушена. Ультразвуковая кавитация генерирует высокочастотные амплитуды через мощные ультразвуковые волны. Ультразвук высокой мощности может быть использован для обработки жидкостей, таких как смешивание, эмульгирование, диспергирование и деагломерация или измельчение. Когда жидкость обрабатывается ультразвуком с высокой интенсивностью, звуковые волны, распространяющиеся в жидкую среду, вызывают чередование циклов высокого давления (сжатия) и низкого давления (отражения) со скоростью, которая зависит от частоты. Ультразвуковые волны высокой интенсивности в циклах низкого давления создают небольшие вакуумные пузырьки или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, где они не могут поглощать энергию, они сильно разрушаются в цикле высокого давления. Это явление называется кавитацией.

Ультразвуковое дисперсионное устройство передает высокочастотные колебания в жидкость, и применение этого механического напряжения может отделить агломераты частиц графена. При обработке жидкостей ультразвуком звуковые волны, распространяющиеся в жидкую среду, вызывают чередование циклов высокого давления (сжатие) и низкого давления (отражение). Ультразвуковая кавитация в жидкостях приводит к высокоскоростным струям жидкости до 1000 км / ч (около 600 миль в час). Эта струя сжимает жидкость под высоким давлением между частицами и отделяет графен друг от друга. Более мелкие частицы ускоряются с помощью струи жидкости и сталкиваются с высокой скоростью. Ударная волна высокой интенсивности, генерируемая высокоскоростным столкновением, непрерывно действует на поверхность графитового тела, и графит будет отражать и генерировать растягивающее напряжение. При разрушении большого количества микропузырьков напряжение растяжения между графитовыми хлопьями непрерывно увеличивается, а графеновые хлопья постепенно отслаиваются.

02Эксфоляция и дисперсия графена

Если графен должен использоваться в качестве материала, он должен быть сначала равномерно диспергирован в составе. Из-за гидрофобности графена трудно получить высококонцентрированные дисперсии графена без стабилизации поверхностно-активных веществ или диспергаторов.

Графеновые нанолисты (GNP) могут быть изготовлены путем отшелушивания графита в растворителе с помощью мощной обработки ультразвуком. Ультразвуковой эксфолиированный графен может быть функционализирован биополимерами для получения вододиспергируемого графена. Синтезированный графен может быть дополнительно переработан в стабильные дисперсии на водной основе путем ультразвуковой кавитации. Агломерация легко происходит, когда графеновые наноматериалы смешиваются в жидкости, и ультразвуковая дисперсия может разрушить агломерированный графен на водные и неводные суспензии, что может выявить весь потенциал наноматериалов.

Оксид графена является водорастворимым и может быть легко диспергирован в стабильные коллоиды. Ультразвуковое отшелушивание и диспергирование является очень эффективным, быстрым и экономичным методом синтеза, диспергирования и функционализации оксида графена в промышленных масштабах. Для контроля размера нанолистов оксида графена (GO) ключевую роль играет метод отшелушивания. Благодаря точно контролируемым параметрам процесса, ультразвуковое отшелушивание является наиболее широко используемым методом расслоения для производства высококачественного графена и оксида графена.

03Ультразвуковое вспомогательное жидкофазное отшелушивание

Жидкофазное отшелушивание (LPE) является эффективным методом отшелушивания графеновых хлопьев. Основной принцип заключается в добавлении графита или оксида графита в качестве сырья к конкретному растворителю или поверхностно-активному веществу для перемешивания теплового интеркаляции с образованием раствора предварительной обработки графена, а затем использования ультразвуковых волн, излучаемых мощным ультразвуковым устройством, для удаления графена с поверхности графита. выходить.

Метод жидкофазного пилинга

Основными факторами, влияющими на ультразвуковое отшелушивание графена, являются ультразвуковая кавитация и высокая сила сдвига. Кавитация в процессе ультразвуковой обработки приводит к тому, что графит, диспергированный в растворителе, измельчается и измельчается. Сила сдвига ультразвуковых волн может заставить растворитель образовывать микроструи для воздействия на поверхность графита, что способствует разделению графитовых слоев.

04Суммарный

Мощные ультразвуковые системы могут использоваться для отшелушивания, диспергирования и получения графена и оксида графена. Надежные ультразвуковые процессоры и современные реакторы обеспечивают мощность, необходимую для обработки графена, с точно контролируемыми условиями обработки, которые позволяют точно настроить результаты ультразвуковой обработки на желаемую цель обработки.