Ultraschallunterstützte Graphen-Dispersion
Ultraschall-Graphen-Dispersion
Graphen ist das dünne und harte zweidimensionale Material der Welt, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht. Seine sehr gute Festigkeit, Flexibilität, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und optischen Eigenschaften spielen in verschiedenen Bereichen eine wichtige Rolle. Im natürlichen Zustand gibt es kein einschichtiges Graphen. Das Material liegt im Allgemeinen als dreidimensionaler Graphit vor. Es ist sehr wichtig, einschichtiges Graphen aus Graphit zu extrahieren.
Die Ultraschall-Graphen-Dispersion wird auch als Ultraschall-Graphen-Peeling bezeichnet. Das Graphitoxid-Reduktionsverfahren und die Ultraschallvibration können den Graphitoxid-Schichtabstand effektiv vergrößern. Graphitoxid mit einem größeren Schichtabstand fördert nicht nur das Einfügen anderer Moleküle, Atome usw. zwischen die Schichten, um Graphitoxid zu bilden. Das Interkalationsverbundmaterial lässt sich leicht zu einschichtigem Graphitoxid abblättern, das die Grundlage dafür bildet die weitere Herstellung von einschichtigem Graphen.
Prinzip der Ultraschalldispersion
Ultraschall-Graphen-Dispersion ist die Verwendung von Ultraschallkavitation, um agglomerierte Partikel zu dispergieren. Es soll die zu verarbeitende Partikelsuspension (Flüssigkeit) in ein superstarkes Schallfeld gebracht und mit einer geeigneten Ultraschallamplitude verarbeitet werden. Unter den zusätzlichen Auswirkungen von Kavitation, hoher Temperatur, hohem Druck, Mikrodüsen, starken Vibrationen usw. nimmt der Abstand zwischen den Molekülen kontinuierlich zu, was schließlich dazu führt, dass die Moleküle brechen und eine einzelne Molekülstruktur bilden. Dieses Produkt eignet sich besonders zum Dispergieren von Nanomaterialien (wie Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Siliziumdioxid usw.).
Es gibt viele Graphitmaterialien in der Natur, und Graphit mit einer Dicke von 1 mm enthält etwa 3 Millionen Graphenschichten. Einschichtiger Graphit wird als Graphen bezeichnet, das im freien Zustand nicht vorliegt, und es liegt in Form von Graphitplatten vor, die mit mehreren Schichten Graphen laminiert sind. Da die Zwischenschichtkraft der Graphitfolie schwach ist, kann sie Schicht für Schicht durch äußere Kraft abgezogen werden, wodurch ein einschichtiges Graphen mit einer Dicke von nur einem Kohlenstoffatom erhalten wird.
Häufig verwendete Dispersionsmethoden
1. Mikromechanische Schälmethode
Verwenden Sie Klebeband, um die Graphenflocken direkt von den größeren Kristallen abzuziehen, und wiederholen Sie den Vorgang.
Wenn ein Material mit pyrolytischem Graphit gerieben wird, der sich ausgedehnt oder Defekte eingeführt hat, werden flockenartige Kristalle auf der Oberfläche von Bulk-Graphit erzeugt, und die flockenartigen Kristalle enthalten einschichtiges Graphen.
Nachteile: Graphen hat eine geringe Ausbeute, eine kleine Fläche, eine schwer zu kontrollierende Größe, einen geringen Wirkungsgrad und kann nicht in großem Maßstab hergestellt werden.
2. Chemische Gasphasenabscheidungsmethode
Eine oder mehrere kohlenstoffhaltige gasförmige Substanzen (üblicherweise kohlenstoffarme organische Gase) werden in den Vakuumreaktor eingeleitet, und das kohlenstoffhaltige Gas wird bei einer hohen Temperatur zersetzt und carbonisiert (üblicherweise kohlenstoffarme organische Gase). Der Prozess des Wachstums eines Kohlenstoffelements.
Nachteile: Die hexagonale Wabenkristallstruktur von Graphen kann nicht vollständig graphitiert werden, und die Qualität ist nicht so gut wie bei der Mikrocomputer-Peelingmethode. Die hohen Kosten und strengen Ausrüstungsanforderungen begrenzen die Produktion von Graphen in großem Maßstab, und die Zugabe von Katalysatoren verringert die Graphenreinheit.
3. Wachstumsmethode für die epitaktische Kristallorientierung
Eine besteht darin, Si durch Erhitzen des 6H-SiC-Einkristalls zu entfernen, wodurch epitaktisch wachsendes Graphen auf der Oberfläche des SiC-Kristalls wächst. Das Graphen steht in Kontakt mit der Si-Schicht, und die Leitfähigkeit dieses Graphens wird durch das Substrat beeinflusst; Die andere besteht darin, die Spuren-Kohlenstoffkomponente im Metall-Einkristall zu verwenden. Durch Hochtemperaturglühen unter Ultrahochvakuum wird das Kohlenstoffelement im Metall auf der Oberfläche des Metall-Einkristalls Graphen ausgefällt.
Nachteile: Die Dicke des Graphenfilms ist ungleichmäßig und schwer zu kontrollieren. Das erzeugte Graphen haftet fest am Substrat und ist schwer abzuziehen, was die Eigenschaften des Graphens beeinflusst. Gleichzeitig muss es unter Ultravakuum- und Hochtemperaturbedingungen wachsen. Die Bedingungen sind extrem anspruchsvoll und die Anforderungen an die Ausrüstung sind hoch. Eine großtechnische und kontrollierbare Herstellung von Graphen kann nicht erreicht werden.
4. Graphitoxid-Reduktionsmethode
Graphenoxid wird im Allgemeinen durch Oxidation von Graphit mit starker Säure erhalten. Es gibt drei Hauptmethoden zur Herstellung von Graphitoxid: die Brodie-Methode, die Staudenmaier-Methode und die Hummers-Methode. Unter diesen erfordert die Graphen-Dispersion nach der Hummers-Methode Ultraschallunterstützung.
Merkmale: Hummers-Methode Graphen-Dispersion: Einfache Methode, kurz, zeitaufwändig, große Verarbeitungskapazität, sicher und umweltfreundlich, wird derzeit häufig verwendet.
5. Ultraschallunterstützte Methode
Das Ultraschall-Graphen-Dispersionssystem verwendet das ultraschallunterstützte Hummers-Verfahren zur Herstellung von Graphenoxid, das Flüssigkeit als Medium verwendet und der Flüssigkeit hochfrequente Ultraschallschwingungen hinzufügt. Da Ultraschall eine mechanische Welle ist, wird er nicht von Molekülen absorbiert und verursacht während der Ausbreitung Vibrationen von Molekülen. Unter dem Kavitationseffekt, dh dem Abstand zwischen Molekülen unter den zusätzlichen Effekten von hoher Temperatur, hohem Druck, Mikrodüsen, starken Vibrationen usw., nimmt der durchschnittliche Abstand zwischen Molekülen aufgrund der Vibration zu, was schließlich zur Fragmentierung von Molekülen führt die Moleküle. Der Graphitoxidschichtabstand kann effektiver vergrößert werden, und mit zunehmender Ultraschallleistung neigt der erhaltene Graphitoxidschichtabstand dazu, sich auszudehnen.
Der durch Ultraschall freigesetzte momentane Druck zerstört die Van-der-Waals-Kraft zwischen den Graphenschichten, was es für Graphen schwieriger macht, zusammen zu agglomerieren. Graphitoxid mit einem großen Zwischenschichtabstand ist nicht nur vorteilhaft für die Bildung von Graphitoxid-Interkalationsverbundmaterialien durch Einfügen anderer Moleküle, Atome usw., sondern kann auch leicht in einschichtiges Graphitoxid abgezogen werden, wodurch der Grundstein für die weitere Herstellung von gelegt wird einschichtiges Graphen.
Ultraschalldispersionsgeräte können für Graphen, Tintenbeschichtungen usw. verwendet werden. Dispersion, Homogenisierungsbehandlung; Erdölemulgierung; Extraktionsverarbeitung in der chinesischen Medizin; Zerkleinerung von Zellen, Ballastwasser, Desinfektionsbehandlung; chemische Rohstoffe zur Beschleunigung der Reaktion und so weiter.
