Ultrahang és grafén (tabletták) előkészítése, hámozása és diszpergálása

Ultrahang és grafén (tabletták) előkészítése, hámozása és diszpergálása

Grafén előállítása ultrahanggal

Mivel a grafit különleges tulajdonságai ismertek, számos grafit előállítási módszert fejlesztettek ki. A grafénnek a grafén-oxidból történő többlépéses kémiai előállításán túl nagyon erős oxidáló és redukáló szerekre van szükség. Ezen túlmenően, az egyéb módszerekből nyert grafénhez képest, az ilyen kemény kémiai körülmények között elkészített grafén gyakran redukció után is nagy számú hibát tartalmaz. Az ultrahang azonban bizonyított alternatívája nagy mennyiségű, kiváló minőségű grafén előállításához. A kutatók kissé eltérő megközelítést dolgoztak ki ultrahang segítségével, de általában a grafén előállítása csak egy lépést vesz igénybe.

Példa egy adott grafén-előállítási eljárásra: adjunk grafitot híg szerves savak, alkoholok és víz keverékéhez, majd tegyük az elegyet ultrahangos sugárzásnak kitéve. Ez a sav "molekuláris ékként" működik, elválasztva a grafén lapot az alap-grafittól. Ennek az egyszerű eljárásnak köszönhetően nagy mennyiségű diszpergálódott, kiváló minőségű, vízben diszpergált grafén képződik.

A grafén közvetlenül hámlasztódik

Az ultrahang ultrahanggal képezhet grafént szerves oldószerekben, felületaktív anyagokban / vizes oldatokban vagy ionos folyadékokban. Ez azt jelenti, hogy elkerülhetők az erős oxidáló vagy redukáló szerek használata. Stankovich et al. (2007) grafén előállítását ultrahanggal végzett hámlás útján végezték. 1 mg / ml koncentrációjú grafén-oxid olvadékának ultrahangkezelése. Az AFM képei azt mutatják, hogy mindig vannak vékony (1 nm) egyforma vastagságú lapok. Ezekben a jó grafén-oxid-peeling mintákban nincs olyan grafén, amelynek vastagsága nagyobb, mint 1 nm vagy kevesebb, mint 1 nm. Megállapítottuk, hogy ezekben a körülmények között a grafén-oxid teljes hámlasztását sikerült elérni, így egyetlen grafén-oxid lapot kaptunk.

Grafénlemezek előkészítése

A nem sztöchiometrikus TiO2 grafén-nanokompozit anyagok előállításának folyamatában, szuszpenziók termikus hidrolizálásával grafén nanoszerelvényekkel és titán-dioxid-peroxid kompozitokkal, számos tiszta grafén lapot sikerült elkészíteni. A tiszta grafén nanoszerkezetek természetes grafitból készülnek, nagy intenzitású kavitációs mező felhasználásával, amelyet egy 5 bar nagynyomású ultrahangos reaktorban generálnak ultrahangos processzor segítségével. A kapott grafén lemez nagy fajlagos felülettel és egyedi elektronikus jellemzőkkel rendelkezik, és jó hordozóként használható a TiO2 számára a fotokatalitikus aktivitás javításához. Az ultrahanggal előállított grafén minõsége jóval magasabb, mint a Hummer módszerrel kapott grafénnél, amelyben a grafitot eltávolítják és oxidálják. Mivel az ultrahangos reaktor fizikai körülményei ellenőrizhetők, és a grafén, mint adalékanyag-koncentráció 1 és 0,001% között változhat, a grafén folyamatos kereskedelmi méretű rendszerben állítható elő.

A grafén-oxid ultrahang kezelése

Eljárás grafén-oxid (GO) réteg előállítására ultrahang sugárzással. Huszonöt milligramm grafén-oxid port szuszpendálunk 200 ml ioncserélt vízben. Keverés közben egyenetlen barna szuszpenziót kaptunk. A kapott szuszpenziót ultrahanggal kezeljük (30 perc, 1,3x105J), majd szárítás után (373K) elkészítjük a szonikált grafén-oxidot. Az FTIR spektrumok azt mutatták, hogy az ultrahangkezelés nem változtatta meg a grafén-oxid funkcionális csoportjait.

A grafén lemezek funkcionalizálása

Xu és Suslick (2011) egylépéses eljárást írnak le a polisztirol funkciós grafit előállítására. Kutatásaikban grafitpehelyeket és sztirolt használták alapanyagként. A sztirolban (reaktív monomer) lévő grafitpehely ultrahangkezelésével az ultrahangos sugárzás a grafitpehelyeket mechanikusan és kémiai úton hámozza egy-egy és néhány réteg grafénpehelyré. Ugyanakkor a grafén pehely és a polisztirol láncok funkcionalizálását is sikerült elérni. Ugyanez a funkcionalizációs eljárás végezhető más grafén-alapú kompozit vinil-monomerekkel is.

Szén nano tekercsek előkészítése

A szén nanocoolok hasonlóak a többfalú szén nanocsövekhez. A többfalú szén nanocsövektől való különbség a belső felület nyitott és teljes hozzáférhetősége más molekulákhoz képest. A nedves kémiai szintézist úgy végezzük, hogy grafitot és káliumot ágyazunk be, vízben hámlasztjuk és a kolloid szuszpenziót ultrahanggal kezeljük. Az egyrétegű grafén film ultrahanggal történő gördítése szén nanocsövekbe (3. ábra) a konverziós hatékonyság eléri a 80% -ot, ami a nanocsövek előállítását forró pontnak tekinti a kereskedelmi alkalmazásokhoz.