Ultralyd grafendispersjon

 

Introdusere:

Ultralyd grafendispersjon, også kjent som ultrasonisk grafeneksfoliering, bruker metoden for å redusere grafenoksid, kombinert med ultralydvibrasjon, for å effektivt øke mellomlagsavstanden til grafenoksid. Grafenoksid med større mellomlagsavstand letter ikke bare innsetting av andre molekyler, atomer osv. i mellomlaget for å danne grafenoksid interkalerte komposittmaterialer, men er også lett å eksfolieres til enkeltlags grafenoksid, og legger et grunnlag for videre forberedelse av enkeltlags grafen.

 

 

Prinsipp:

Ultrasonisk grafendispersjonsutstyr bruker kavitasjonseffekten til ultralyd for å spre agglomererte partikler. Det innebærer å plassere den nødvendige partikkelsuspensjonen (væske) i et ultrasterkt lydfelt og behandle det med passende ultralydamplitude. Under tilleggseffekter som kavitasjon, høy temperatur, høyt trykk, mikrostråle og sterk vibrasjon, vil avstanden mellom molekylene fortsette å øke, og til slutt føre til molekylær fragmentering og dannelse av enkeltmolekylstrukturer. Dette produktet er spesielt effektivt for å spre nanomaterialer som karbon nanorør, grafen, silika, etc.

 

 

Objektiv:

Det finnes et stort antall grafittmaterialer i naturen, og grafitt med en tykkelse på 1 millimeter inneholder omtrent 3 millioner lag med grafen. Enkeltlagsgrafitt kalles grafen, som ikke eksisterer i sin frie tilstand og eksisterer i form av lagdelte grafenark. På grunn av de svake mellomlagskreftene til grafittplater kan de skrelles av lag for lag gjennom ytre krefter, noe som resulterer i et enkeltlags grafen med bare ett karbonatomtykkelse.

 

 

Vanlige spredningsmetoder og deres ulemper:

 

1. Mikromekanisk peelingmetode

Trekk av grafenark direkte fra større krystaller med tape og gjenta denne prosessen kontinuerlig.

Friksjon mellom et materiale og utvidet eller defekt pyrolytisk grafitt resulterer i dannelsen av flokkulente krystaller på overflaten av bulkgrafitt, som inneholder et enkelt lag med grafen.

Ulemper: Grafen har lavt utbytte, lite areal, vanskeligheter med å kontrollere størrelsen nøyaktig, lav effektivitet og kan ikke tilberedes i stor skala.

2. Kjemisk dampavsetningsmetode

Prosessen med å introdusere ett eller flere gassformige stoffer som inneholder karbon (vanligvis lavkarbon organisk gass) i en vakuumreaktor, spalte og karbonisere den karbonholdige gassen (vanligvis lavkarbon organisk gass) gjennom høy temperatur, og dyrke et karbonelement på underlagets overflate.

Ulemper: Den sekskantede bikakekrystallstrukturen til grafen kan ikke grafitiseres fullstendig, og kvaliteten er ikke like god som den til mikrodatamaskinens eksfolieringsmetode. De høye kostnadene og strenge utstyrskravene begrenser dens storskala fremstilling av grafen, og tilsetning av katalysatorer reduserer også renheten til grafen.

3. Krystall epitaksial orientert vekstmetode

En metode er å fjerne Si ved å varme enkeltkrystall 6H SiC, og derved epitaksial vekst av grafen på overflaten av SiC-krystaller. Grafen og Si-laget kommer i kontakt, og ledningsevnen til dette grafenet påvirkes av underlaget; En annen tilnærming er å utnytte spormengder av karbon i metallenkelkrystaller, og gjennom høytemperaturgløding under ultrahøyt vakuum vil karbonelementet inne i metallet utfelle grafen på overflaten av metallenkelkrystallen.

Ulemper: Tykkelsen på grafenfilmen er ujevn, vanskelig å kontrollere, og det genererte grafenet er tett festet til underlaget, noe som gjør det vanskelig å skrelle av, noe som kan påvirke egenskapene til grafen. Samtidig må den vokse under ekstremt tøffe forhold med ultravakuum og høy temperatur, med høye utstyrskrav, noe som gjør det umulig å oppnå storskala og kontrollerbar fremstilling av grafen.

4. Reduksjonsmetode for oksidert grafitt

Oksidert grafen oppnås vanligvis ved sterk syreoksidasjon av grafitt. Det er tre hovedmetoder for fremstilling av oksidert grafitt: Brodie-metoden, Staudenmaier-metoden og Hummers-metoden. Blant dem krever Hummers-metoden tillegg av ultralydhjelp for grafendispersjon.

Egenskaper: Hummers metode for grafendispersjon: Metoden er enkel, tidkrevende, har stor prosesseringskapasitet, er sikker og forurensningsfri, og er for tiden den mest brukte metoden.

 

 

Fordelene med ultralyd grafendispersjon:

 

Ultralydgrafendispersjonssystemet bruker ultralydassistert Hummers-metode for å tilberede grafenoksid, som bruker væske som medium og tilfører høyfrekvent ultralydvibrasjon til væsken. På grunn av at ultralyd er en mekanisk bølge som ikke absorberes av molekyler, forårsaker den molekylær vibrasjon under forplantning. Under kavitasjonseffekten, som inkluderer tilleggseffekter som høy temperatur, høyt trykk, mikrostråle og sterk vibrasjon, øker avstanden mellom molekylene på grunn av vibrasjon, noe som til slutt fører til molekylær fragmentering. Det kan effektivt øke mellomlagsavstanden til oksidert grafitt, og med økningen av ultralydkraft viser den oppnådde mellomlagsavstanden til oksidert grafitt en ekspanderende trend.

Det øyeblikkelige trykket som frigjøres av ultralyd bryter van der Waals-kreftene mellom grafenlagene, noe som gjør det mindre sannsynlig at grafen samler seg. Stor mellomlagsavstand av grafenoksid letter ikke bare innsetting av andre molekyler, atomer osv. i mellomlaget for å danne grafenoksid interkalerte komposittmaterialer, men gjør det også enkelt å skrelles av til enkeltlags grafenoksid, og legger et grunnlag for videre fremstilling av enkeltlags grafen.