บทบาทของการกระจายตัวอัลตราโซนิกในการเตรียมกราฟีน

การกระจายตัวของอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่น่าเชื่อถือในการผลิตชั้นกราฟีนจากเกล็ดกราไฟท์หรืออนุภาค เทคนิคการกระจายตัวทั่วไปอื่น ๆ เช่นโรงงานบอลโรงงานม้วนหรือเครื่องผสมเฉือนสูงมีความอ่อนไหวต่อการใช้รีเอเจนต์และตัวทําละลายที่ก้าวร้าว เทคโนโลยีการกระจายอัลตราโซนิกสามารถเอาชนะปัญหานี้ได้ดีและเตรียมวัสดุกราฟีนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การกระจายตัวของอัลตราโซนิกเปลี่ยนกราฟีนในของเหลวเป็นสถานะกระจายนั่นคือการบดอัลตราโซนิกที่ดีหรืออัลตราโซนิกของของแข็งหรือของเหลวเนื่องจากผลกระทบของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก เนื่องจากความจําเพาะของสนามอัลตราโซนิกที่สร้างขึ้นในสื่อของเหลวการกระจายตัวของอัลตราโซนิกให้เครื่องแบบกระจายตัวสูงระงับบริสุทธิ์ทางเคมี (ขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 μm)

01

หลักการของการเตรียมอัลตราโซนิกของกราฟีน

การเตรียมอัลตราโซนิกของกราฟีนจะขึ้นอยู่กับผลโพรงอากาศดังนั้นโครงสร้างควอนตัมภายในกราฟีนจะไม่ถูกทําลาย โพรงอากาศอัลตราโซนิกสร้างแอมพลิจูดความถี่สูงผ่านคลื่นอัลตราโซนิกพลังงานสูง อัลตราซาวนด์พลังงานสูงสามารถใช้สําหรับการรักษาของเหลวเช่นการผสม, emulsifying, กระจายและ deagglomerating หรือบด เมื่อของเหลวถูก sonicated ที่ความเข้มสูงคลื่นเสียงที่แพร่กระจายเข้าไปในสื่อของเหลวทําให้เกิดรอบการสลับของความดันสูง (การบีบอัด) และความดันต่ํา (การสะท้อน) ในอัตราที่ขึ้นอยู่กับความถี่ คลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงในรอบความดันต่ําสร้างฟองสุญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองอากาศถึงปริมาณที่พวกเขาไม่สามารถดูดซับพลังงานพวกเขายุบอย่างรุนแรงในวงจรความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพรงอากาศ

อุปกรณ์กระจายอัลตราโซนิกส่งการสั่นสะเทือนความถี่สูงลงในของเหลวและการประยุกต์ใช้ความเครียดเชิงกลนี้สามารถแยกกลุ่มของอนุภาคกราฟีน เมื่อ sonicating ของเหลวคลื่นเสียงที่แพร่กระจายเข้าไปในสื่อของเหลวทําให้เกิดรอบการสลับของความดันสูง (การบีบอัด) และความดันต่ํา (การสะท้อน) โพรงอากาศอัลตราโซนิกในของเหลวส่งผลให้ไอพ่นของเหลวความเร็วสูงถึง 1,000 กม. / ชม. (ประมาณ 600 ไมล์ต่อชั่วโมง) เจ็ทนี้บีบของเหลวที่ความดันสูงระหว่างอนุภาคและแยกกราฟีนออกจากกัน อนุภาคขนาดเล็กจะถูกเร่งด้วยเจ็ทเหลวและชนกันด้วยความเร็วสูง คลื่นกระแทกความเข้มสูงที่เกิดจากการชนความเร็วสูงจะทําหน้าที่บนพื้นผิวของร่างกายกราไฟท์อย่างต่อเนื่องและกราไฟท์จะสะท้อนและสร้างความเครียดแรงดึง เมื่อไมโครบับเบิลจํานวนมากแตกหักความเครียดแรงดึงระหว่างเกล็ดกราไฟท์จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและเกล็ดกราฟีนจะค่อยๆขัดผิว

02การขัดผิวและการกระจายตัวของกราฟีน

หากจะใช้กราฟีนเป็นวัสดุจะต้องกระจายตัวอย่างสม่ําเสมอในสูตร เนื่องจากความไม่ชอบน้ําของกราฟีนจึงเป็นการยากที่จะได้รับการกระจายตัวของกราฟีนที่มีความเข้มข้นสูงโดยไม่มีเสถียรภาพของสารลดแรงตึงผิวหรือสารกระจาย

แผ่นนาโนกราฟีน (GNPs) สามารถประดิษฐ์โดยการขัดผิวกราไฟท์ในตัวทําละลายโดย sonication พลังงานสูง อัลตราโซนิกขัดผิวกราฟีนสามารถทํางานร่วมกับไบโอโพลิเมอร์เพื่อให้ได้กราฟีนกระจายน้ํา กราฟีนสังเคราะห์สามารถประมวลผลต่อไปในการกระจายตัวของน้ําที่มีเสถียรภาพโดยโพรงอากาศอัลตราโซนิก การรวมตัวกันเกิดขึ้นได้ง่ายเมื่อวัสดุนาโนกราฟีนผสมลงในของเหลวและการกระจายตัวของอัลตราโซนิกสามารถทําลายกราฟีนที่รวมตัวกันในการระงับน้ําและไม่ใช่น้ําซึ่งสามารถดึงศักยภาพของวัสดุนาโนออกมาได้อย่างเต็มที่

กราฟีนออกไซด์สามารถละลายน้ําได้และสามารถกระจายตัวเป็นคอลลอยด์ที่มีเสถียรภาพได้อย่างง่ายดาย การขัดผิวอัลตราโซนิกและการกระจายตัวเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพรวดเร็วและคุ้มค่าในการสังเคราะห์กระจายและทํางานกราฟีนออกไซด์ในระดับอุตสาหกรรม ในการควบคุมขนาดของแผ่นนาโนกราฟีนออกไซด์ (GO) วิธีการขัดผิวมีบทบาทสําคัญ เนื่องจากพารามิเตอร์กระบวนการที่ควบคุมได้อย่างแม่นยําการขัดผิวด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคการปนเปื้อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการผลิตกราฟีนคุณภาพสูงและกราฟีนออกไซด์

03การขัดผิวเฟสของเหลวช่วย

การขัดผิวเฟสของเหลว (LPE) เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสําหรับการขัดผิวเกล็ดกราฟีน หลักการหลักคือการเพิ่มกราไฟท์หรือกราไฟท์ออกไซด์เป็นวัตถุดิบให้กับตัวทําละลายหรือสารลดแรงตึงผิวที่เฉพาะเจาะจงเพื่อกวน intercalation ความร้อนเพื่อสร้างสารละลายการปรับสภาพกราฟีนแล้วใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์อัลตราโซนิกพลังงานสูงเพื่อลอกกราฟีนจากพื้นผิวกราไฟท์ ออกมา

วิธีการปอกเปลือกเฟสของเหลว

ปัจจัยที่มีอิทธิพลหลักของการขัดผิวกราฟีนช่วยอัลตราโซนิกเป็นโพรงอากาศอัลตราโซนิกและแรงเฉือนสูง โพรงอากาศในกระบวนการรักษาอัลตราโซนิกทําให้กราไฟท์กระจายตัวในตัวทําละลายจะถูกบดขยี้และบด แรงเฉือนของคลื่นอัลตราโซนิกสามารถทําให้ตัวทําละลายในรูปแบบไมโครไอพ่นที่จะส่งผลกระทบต่อพื้นผิวกราไฟท์ซึ่งส่งเสริมการแยกของชั้นกราไฟท์

04สรุป

ระบบอัลตราโซนิกพลังงานสูงสามารถใช้สําหรับการขัดผิวการกระจายตัวและการเตรียมกราฟีนและกราฟีนออกไซด์ โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกที่เชื่อถือได้และเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงให้พลังงานที่จําเป็นสําหรับการประมวลผลกราฟีนที่มีเงื่อนไขการประมวลผลที่ควบคุมอย่างแม่นยําที่ช่วยให้ผลการประมวลผลอัลตราโซนิกจะถูกปรับให้เข้ากับเป้าหมายการประมวลผลที่ต้องการได้อย่างแม่นยํา