Ultrazvučna disperzija grafena

 

predstaviti:

Ultrazvučna disperzija grafena, poznata i kao ultrazvučni piling grafena, koristi metodu smanjenja grafen oksida, u kombinaciji sa ultrazvučnom vibracijom, kako bi se efikasno povećao međuslojni razmak grafenskog oksida. Grafen oksid s većim međuslojnim razmakom ne samo da olakšava umetanje drugih molekula, atoma, itd. u međusloj kako bi se formirali kompozitni materijali interkalirani od grafenskog oksida, već se također lako ljušti u jednoslojni grafen oksid, postavljajući temelj za dalju pripremu od jednoslojnog grafena.

 

 

princip:

Ultrazvučna oprema za disperziju grafena koristi efekt kavitacije ultrazvuka za raspršivanje aglomeriranih čestica. To uključuje stavljanje potrebne suspenzije čestica (tečnosti) u ultra jako zvučno polje i obradu odgovarajućom ultrazvučnom amplitudom. Pod dodatnim efektima kao što su kavitacija, visoka temperatura, visoki pritisak, mikro mlaz i jaka vibracija, rastojanje između molekula će se nastaviti povećavati, što će u konačnici dovesti do molekularne fragmentacije i formiranja pojedinačnih molekulskih struktura. Ovaj proizvod je posebno efikasan za dispergovanje nanomaterijala kao što su ugljenične nanocevi, grafen, silicijum dioksid, itd.

 

 

Cilj:

U prirodi postoji veliki broj grafitnih materijala, a grafit debljine 1 milimetar sadrži približno 3 miliona slojeva grafena. Jednoslojni grafit se naziva grafen, koji ne postoji u slobodnom stanju i postoji u obliku slojevitih grafenskih listova. Zbog slabih međuslojnih sila grafitnih ploča, oni se mogu odlijepiti sloj po sloj vanjskim silama, što rezultira jednoslojnim grafenom sa samo jednim atomom ugljika debljine.

 

 

Uobičajene metode disperzije i njihovi nedostaci:

 

1. Metoda mikromehaničkog pilinga

Odlijepite listove grafena direktno s većih kristala pomoću trake i ponavljajte ovaj proces neprekidno.

Trenje između materijala i ekspandiranog ili defektnog pirolitičkog grafita rezultira stvaranjem flokulantnih kristala na površini masivnog grafita, koji sadrže jedan sloj grafena.

Nedostaci: Grafen ima nizak prinos, malu površinu, poteškoće u preciznoj kontroli veličine, nisku efikasnost i ne može se pripremiti u velikim količinama.

2. Metoda hemijskog taloženja parom

Proces uvođenja jedne ili više plinovitih tvari koje sadrže ugljik (obično organski plin s niskim udjelom ugljika) u vakuumski reaktor, razlaganje i karboniziranje plina koji sadrži ugljik (obično organski plin s niskim udjelom ugljika) kroz visoku temperaturu i uzgoj ugljičnog elementa na površina podloge.

Nedostaci: Heksagonalna kristalna struktura grafena u obliku saća ne može se u potpunosti grafitizirati, a njen kvalitet nije tako dobar kao kod mikrokompjuterske metode pilinga. Visoka cijena i strogi zahtjevi za opremom ograničavaju njegovu veliku pripremu grafena, a dodavanje katalizatora također smanjuje čistoću grafena.

3. Metoda rasta orijentirana na epitaksijalni kristal

Jedna metoda je uklanjanje Si zagrijavanjem monokristala 6H SiC, čime se epitaksijalni rast grafena na površini kristala SiC. Grafen i Si sloj dolaze u kontakt, a na provodljivost ovog grafena utiče supstrat; Drugi pristup je korištenje ugljika u tragovima u metalnim monokristalima, a kroz visokotemperaturno žarenje pod ultra-visokim vakuumom, ugljični element unutar metala taloži grafen na površini metalnog monokristala.

Nedostaci: Debljina grafenskog filma je neujednačena, teško ju je kontrolirati, a generirani grafen je čvrsto prianjan za podlogu, što otežava odljepljivanje, što može utjecati na karakteristike grafena. Istovremeno, treba da raste u izuzetno teškim uslovima ultra vakuma i visoke temperature, sa visokim zahtevima za opremom, što onemogućava postizanje velike i kontrolisane pripreme grafena.

4. Metoda redukcije oksidiranog grafita

Oksidirani grafen se općenito dobiva jakom kiselom oksidacijom grafita. Postoje tri glavne metode za pripremu oksidiranog grafita: Brodie metoda, Staudenmaierova metoda i Hummersova metoda. Među njima, Hummersova metoda zahtijeva dodavanje ultrazvučne pomoći za disperziju grafena.

Karakteristike: Hammers metoda za disperziju grafena: Metoda je jednostavna, dugotrajna, ima veliki kapacitet obrade, sigurna je i bez zagađenja i trenutno je najčešće korištena metoda.

 

 

Prednosti ultrazvučne disperzije grafena:

 

Ultrazvučni sistem za disperziju grafena koristi ultrazvučnu Hummersovu metodu za pripremu grafen oksida, koji koristi tečnost kao medij i dodaje visokofrekventne ultrazvučne vibracije tečnosti. Zbog toga što je ultrazvuk mehanički talas koji molekuli ne apsorbuju, on uzrokuje molekularne vibracije tokom širenja. Pod efektom kavitacije, koji uključuje dodatne efekte kao što su visoka temperatura, visoki pritisak, mikro mlaz i jaka vibracija, rastojanje između molekula se povećava zbog vibracija, što na kraju dovodi do molekularne fragmentacije. Može efikasno povećati međuslojni razmak oksidiranog grafita, a sa povećanjem ultrazvučne snage, dobijeni međuslojni razmak oksidiranog grafita pokazuje trend širenja.

Trenutačni pritisak koji oslobađa ultrazvuk razbija van der Waalsove sile između slojeva grafena, čineći manju vjerovatnoću da se grafen agregira. Veliki međuslojni razmak grafenskog oksida ne samo da olakšava umetanje drugih molekula, atoma, itd. u međusloj kako bi se formirali kompozitni materijali interkalirani od grafenskog oksida, već i olakšava odvajanje u jednoslojni grafen oksid, postavljajući temelj za dalja priprema jednoslojnog grafena.