Vloga ultrazvočne disperzije pri pripravi grafena
Ultrazvočna disperzija je zanesljiva metoda za izdelavo grafenih plasti iz grafitnih kosmiči ali delcev. Druge običajne tehnike disperzije (kot so mlini za žoge, valjarji ali mešalniki z visokimi mažemi) so dovzetne za uporabo agresivnih reagentov in topil. Ultrazvočna disperzija tehnologija lahko dobro premagati to težavo in učinkovito pripraviti grafene materiale.
Ultrazvočna grafenska disperzija
Ultrazvočna disperzija bo grafen v tekočini preoblikovala v razpršeno stanje, torej fino ali ultrazvočno brušenje trdnih snovi ali tekočin zaradi učinka ultrazvočnih vibracij. Zaradi specifičnosti ultrazvočnega polja, ustvarjenega v tekočem mediju, ultrazvočna disperzija zagotavlja visoko razpršeno enotno, kemično čisto vzmetenje (velikost delcev manj kot 1μm).
Načelo ultrazvočne priprave grafena
Ultrazvočna priprava grafena temelji na kavitacijnem učinku, zato kvantna struktura znotraj grafena ne bo uničena. Ultrazvočna kavitacija lahko ustvari visoko frekvenčni amplitude skozi ultrazvok visoke moči. Ultrazvok z visoko močjo se lahko uporablja za tekoče obdelavo, kot so mešanje, emulgiranje, razprševanje in raztegnjevanje ali brušenje. Ko se tekočina sonicira z visoko intenzivnostjo, zvočni valovi, ki se razmnožujejo v tekoči medij, povzročijo izmenično visokotlačno (kompresijo) in nizkotlačne (odsevne) cikle, pri tem pa je stopnja odvisna od frekvence. V nizkotlačno ciklu bo ultrazvok visoke intenzivnosti ustvaril majhne vakumske mehurčke ali praznine v tekočini. Ko mehurčki dosežejo prostornino, ki ne more absorbirati energije, se med visokotlačno ciklo nasilno zrušijo. Ta pojav se imenuje kavitacija.
Kavitacija
Ultrazvočna disperzija oprema bo prenašala visoko frekvenčne vibracije v tekočino, uporaba tega mehanskega stresa pa lahko loči aglomeracijo grafenih delcev. Ko je tekočina ultrazvočno obdelana, se zvočni valovi, ki se razmnožujejo v tekočem mediju, izmenično ciklirajo visok tlak (kompresija) in nizek tlak (odsev). Ultrazvočna kavitacija v tekočini lahko povzroči hitre tekoča letala do 1000 km/h (približno 600 mph). To jet stisne tekočino pri visokem tlaku med delci in loči grafen drug od drugega. Manjši delci se bodo pospešili s tekočim jetom in trčali pri visoki hitrosti. Udarni val visoke trdnosti, ki ga ustvarja trk visoke hitrosti, neprekinjeno deluje na površino grafitnega telesa, grafit pa bo odražal in ustvaril natezen stres. Ko bo počilo veliko število mikrobov, se bo natezni stres med grafitnimi kosmiči še naprej povečevanje, grafenska kosmiča pa se bo postopoma olupila.
Piling in disperzija grafena
Če je treba grafen uporabiti kot material, je treba grafen najprej pravilno razpršiti v formulo. Ker je grafen hidrofoben, je težko pridobiti visokokoncentracijo grafensko disperzijo brez površinsko aktivnih snovi ali razpršil.
Graphene nanosheets (GNP) se lahko naredi z piling grafit v vehikel z visoko moč ultrazvočno zdravljenje. Ultrazvočni piling grafen je mogoče funkcionalno z biopolimerji dobiti vodo disperzibilno grafen. S pomočjo ultrazvočne kavitacije se sintetizizirani grafen lahko nadalje predela v stabilno disperzijo na vodni osnovi. Lahko se aglomerira, ko se grafitni nanometri zmešajo v tekočino. Ultrazvočna disperzija lahko zlomi grafen aglomeriran v vodi in nevodnih suspenzijah, in lahko prenese celoten potencial nano materialov.
Grafen oksid je vodotopen in ga je mogoče zlahka razpršiti v stabilen koloid. Ultrazvočno piling in disperzija je zelo učinkovita, hitra in stroškovno učinkovita metoda, ki lahko sintetizira, razprši in funkcionalno grafen oksid v industrijski lestvici. Za nadzor velikosti nanosheetov grafen oksida (GO) ima metoda pilinga ključno vlogo. Zaradi natančno in nadzorovanih procesnih parametrov je ultrazvočno lupljenje najbolj razširjena tehnika plasti pri proizvodnji visokokakovostnega grafena in grafenega oksida.
Grafen
Ultrazvočno asistiranje tekočine
Tekoče piling (LPE) je učinkovita metoda za piling grafenih kosmiči. Glavno načelo je dodajanje grafita ali grafitnega oksida kot surovine v določenem topilu ali površinsko aktivna snov za mešanje vroče medkalacijskih plasti, da tvorijo grafensko raztopino za prednastavitev, nato pa z ultrazvočnimi valovi, ki jih oddaja ultrazvočna naprava visoke moči, za luščitev grafena iz grafitne površine. Pridi ven.
Metoda olupka tekoče faze
Glavni vplivni dejavniki ultrazvočno podprtega grafenega pilinga so kavitacija ultrazvočnih valov in visoka omejevna sila. Zaradi kavitacije med ultrazvočnim zdravljenjem se grafit, razpršen v topilu, zdrobi. Sila omejevanja ultrazvočnih valov lahko naredi topilno obliko mikro reaktivcev, da vplivajo na grafitno površino in spodbujajo ločevanje med grafitnimi plastmi.
Povzetek
Ultrazvočni sistem visoke moči se lahko uporablja za luščilo, disperzijo in pripravo grafena in grafen oksida. Zanesljivi ultrazvočni procesorji in napredni reaktorji lahko zagotovijo moč, potrebno za grafensko obdelavo in natančno nadzirajo pogoje obdelave, tako da se rezultati ultrazvočne obdelave lahko natančno prilagodijo zahtevanim ciljem obdelave.
