Vai trò của phân tán siêu âm trong chuẩn bị graphene

Phân tán siêu âm là một phương pháp đáng tin cậy để sản xuất các lớp graphene từ các mảnh than chì hoặc các hạt. Các kỹ thuật phân tán phổ biến khác như nhà máy bóng, nhà máy cuộn hoặc máy trộn cắt cao dễ bị sử dụng thuốc thử và dung môi tích cực. Công nghệ phân tán siêu âm có thể khắc phục tốt vấn đề này và chuẩn bị vật liệu graphene hiệu quả.

Phân tán siêu âm biến graphene trong chất lỏng thành trạng thái phân tán, nghĩa là mài siêu âm mịn hoặc siêu mịn của chất rắn hoặc chất lỏng do ảnh hưởng của rung động siêu âm. Do tính đặc thù của trường siêu âm được tạo ra trong môi trường chất lỏng, phân tán siêu âm cung cấp độ phân tán cao, hệ thống treo tinh khiết về mặt hóa học (kích thước hạt dưới 1 μm).

01

Nguyên tắc chuẩn bị siêu âm graphene

Chuẩn bị siêu âm graphene dựa trên hiệu ứng cavitation, vì vậy cấu trúc lượng tử bên trong graphene sẽ không bị phá hủy. Cavitation siêu âm tạo ra biên độ tần số cao thông qua sóng siêu âm công suất cao. Siêu âm công suất cao có thể được sử dụng để điều trị các chất lỏng như trộn, nhũ tương, phân tán và khử kết tụ hoặc mài. Khi một chất lỏng được sonicated ở cường độ cao, sóng âm thanh lan truyền vào môi trường chất lỏng gây ra các chu kỳ xen kẽ của áp suất cao (nén) và áp suất thấp (phản xạ) ở tốc độ phụ thuộc vào tần số. Sóng siêu âm cường độ cao trong chu kỳ áp suất thấp tạo ra bong bóng chân không nhỏ hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Khi các bong bóng đạt đến một thể tích mà chúng không thể hấp thụ năng lượng, chúng sụp đổ dữ dội trong chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng này được gọi là cavitation.

Thiết bị phân tán siêu âm truyền rung động tần số cao vào chất lỏng và việc áp dụng ứng dụng của ứng suất cơ học này có thể tách các tập hợp của các hạt graphene. Khi sonicating chất lỏng, sóng âm thanh lan truyền vào môi trường lỏng gây ra các chu kỳ xen kẽ của áp suất cao (nén) và áp suất thấp (phản xạ). Cavitation siêu âm trong chất lỏng dẫn đến các tia chất lỏng tốc độ cao lên đến 1000 km / h (khoảng 600 mph). Tia này ép chất lỏng ở áp suất cao giữa các hạt và tách graphene với nhau. Các hạt nhỏ hơn được tăng tốc với tia chất lỏng và va chạm ở tốc độ cao. Sóng xung kích cường độ cao được tạo ra bởi vụ va chạm tốc độ cao liên tục hoạt động trên bề mặt của thân than chì, và than chì sẽ phản xạ và tạo ra áp lực kéo. Khi một số lượng lớn microbubbles bị phá vỡ, độ căng kéo giữa các mảnh than chì tăng liên tục, và các mảnh graphene dần dần được tẩy tế bào chết.

02Exfoliation và phân tán graphene

Nếu graphene được sử dụng làm vật liệu, trước tiên nó phải được phân tán thống nhất trong công thức. Do tính kỵ nước của graphene, rất khó để có được sự phân tán graphene nồng độ cao mà không có sự ổn định của chất hoạt động bề mặt hoặc chất phân tán.

Tấm nano graphene (GNPs) có thể được chế tạo bằng cách tẩy tế bào chết graphite trong dung môi bằng sonication công suất cao. Graphene tẩy tế bào chết siêu âm có thể được chức năng với biopolymers để có được graphene phân tán nước. Graphene tổng hợp có thể được xử lý thêm thành các phân tán dựa trên nước ổn định bằng cách cavitation siêu âm. Kết tụ dễ dàng xảy ra khi vật liệu nano graphene được trộn vào chất lỏng, và sự phân tán siêu âm có thể phá vỡ graphene kết tụ trong hệ thống treo nước và không nước, có thể phát huy hết tiềm năng của vật liệu nano.

Graphene oxide hòa tan trong nước và có thể dễ dàng phân tán thành keo ổn định. Tẩy tế bào chết và phân tán siêu âm là một phương pháp rất hiệu quả, nhanh chóng và tiết kiệm chi phí để tổng hợp, phân tán và chức năng hóa oxit graphene trên quy mô công nghiệp. Để kiểm soát kích thước của các tấm nano graphene oxide (GO), phương pháp tẩy tế bào chết đóng một vai trò quan trọng. Do các thông số quy trình có thể kiểm soát chính xác của nó, tẩy tế bào chết siêu âm là kỹ thuật delamination được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất graphene chất lượng cao và graphene oxide.

03Ultrasonic hỗ trợ tẩy tế bào chết pha lỏng

Tẩy tế bào chết theo pha lỏng (LPE) là một phương pháp hiệu quả để tẩy tế bào chết của vảy graphene. Nguyên tắc chính là thêm graphite hoặc graphite oxide làm nguyên liệu thô vào dung môi hoặc chất hoạt động bề mặt cụ thể để khuấy xen kẽ nhiệt để tạo thành dung dịch tiền xử lý graphene, sau đó sử dụng sóng siêu âm phát ra từ một thiết bị siêu âm công suất cao để bóc graphene từ bề mặt than chì. lộ.

Phương pháp bóc pha lỏng

Các yếu tố ảnh hưởng chính của tẩy tế bào chết graphene hỗ trợ siêu âm là cavitation siêu âm và lực cắt cao. Sự cavitation trong quá trình xử lý siêu âm làm cho than chì phân tán trong dung môi bị nghiền nát và nghiền nát. Lực cắt của sóng siêu âm có thể khiến dung môi tạo thành các tia vi mô tác động đến bề mặt than chì, thúc đẩy sự tách biệt của các lớp than chì.

04Ummary

Hệ thống siêu âm công suất cao có thể được sử dụng để tẩy tế bào chết, phân tán và chuẩn bị graphene và graphene oxide. Bộ xử lý siêu âm đáng tin cậy và lò phản ứng tiên tiến cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình xử lý graphene, với các điều kiện xử lý được kiểm soát chính xác cho phép kết quả xử lý siêu âm được điều chỉnh chính xác theo mục tiêu xử lý mong muốn.