El paper de la dispersió ultrasònica en l'elaboració del grafè
La dispersió per ultrasons és un mètode fiable per produir capes de grafè a partir de flocs o partícules de grafit. Altres tècniques comunes de dispersió (com ara molins de boles, molins de rodets o mescladors de cisallament alt) són susceptibles a l'ús de reactius i dissolvents agressius. La tecnologia de dispersió per ultrasons pot superar bé aquest problema i preparar eficientment materials de grafè.
Dispersió de grafè ultrasònic
La dispersió per ultrasons transformarà el grafè del líquid en un estat dispers, és a dir, rectificat ultrasònic fi o ultra fi de sòlids o fluids a causa de l'efecte de vibracions ultrasòniques. A causa de la particularitat del camp ultrasònic generat en el medi líquid, la dispersió per ultrasons proporciona una suspensió uniforme, químicament pura i altament dispersa (mida de partícula inferior a 1μm).
Principi de preparació per ultrasons del grafè
La preparació per ultrasons del grafè es basa en l'efecte de cavitació, de manera que l'estructura quàntica dins del grafè no es destruirà. La cavitació per ultrasons pot generar amplitud d'alta freqüència mitjançant ultrasons d'alta potència. L'ecografia d'alta potència es pot utilitzar per al processament de líquids, com ara barrejar, emulsionar, dispersar i desagregar o rectificar. Quan el líquid es sonica a alta intensitat, les ones sonores que es propaguen cap al medi líquid provoquen cicles alterns d'alta pressió (compressió) i baixa pressió (reflexió), la velocitat depèn de la freqüència. En el cicle de baixa pressió, l'ecografia d'alta intensitat crearà petites bombolles al buit o buits en el líquid. Quan les bombolles arriben a un volum que no pot absorbir energia, es col·lapsen violentament durant el cicle d'alta pressió. Aquest fenomen s'anomena cavitació.
Cavitació
Els equips de dispersió per ultrasons transmetran vibracions d'alta freqüència al líquid, i l'aplicació d'aquest estrès mecànic pot separar l'aglomeració de partícules de grafè. Quan el líquid es processa ultranònicament, les ones sonores que es propaguen cap al medi líquid provoquen que l'alta pressió (compressió) i la baixa pressió (reflexió) circulin alternativament. La cavitació per ultrasons en el líquid pot causar dolls líquids d'alta velocitat fins a 1000 km/h (aproximadament 600 mph). Aquest raig esprem el líquid a alta pressió entre les partícules i separa el grafè l'un de l'altre. Les partícules més petites s'acceleraran amb el raig líquid i xocaran a gran velocitat. L'ona de xoc d'alta resistència generada per la col·lisió d'alta velocitat actua contínuament sobre la superfície del cos del grafit, i el grafit reflexionarà i generarà estrès de tracció. Quan un gran nombre de microbubbles esclaten, l'estrès de tracció entre els flocs de grafit continuarà augmentant, i els flocs de grafè es pelaran gradualment.
Exfoliació i dispersió del grafè
Si el grafè s'ha d'utilitzar com a material, el grafè primer s'ha de dispersar uniformement en la formulació. Atès que el grafè és hidrofòbic, és difícil obtenir dispersions de grafè d'alta concentració sense tensioactius ni dispersants.
Els nanocòpates de grafè (GNP) es poden fer exfoliant grafit en un dissolvent mitjançant tractament ultrasònic d'alta potència. El grafè exfoliat per ultrasons es pot funcionalitzar amb biopolímers per obtenir grafè dispersable a l'aigua. Mitjançant la cavitació ultrasònica, el grafè sintetitzat es pot processar encara més en una dispersió estable a base d'aigua. És fàcil d'aglomerar quan els nanòmetres de grafè es barregen en líquid. La dispersió per ultrasons pot trencar el grafè aglomerat en aigua i suspensions no aquoses, i pot exercir tot el potencial dels nano materials.
L'òxid de grafè és soluble en aigua i es pot dispersar fàcilment en un col·loide estable. L'exfoliació i dispersió per ultrasons és un mètode molt eficaç, ràpid i rendible que pot sintetitzar, dispersar i funcionalitzar l'òxid de grafè a escala industrial. Per tal de controlar la mida dels nanopartíols d'òxid de grafè (GO), el mètode d'exfoliació juga un paper clau. A causa dels seus paràmetres de procés precisos i controlables, el peeling ultrasònic és la tècnica de capa més utilitzada en la producció de grafè i òxid de grafè d'alta qualitat.
Grafè
Exfoliació líquida assistida per ultrasons
L'exfoliació líquida (LPE) és un mètode eficaç per exfoliar flocs de grafè. El principi principal és afegir òxid de grafit o grafit com a matèria primera en un dissolvent específic o tensioactiu per remoure la capa d'intercalació calenta per formar una solució de pretractament de grafè, i després utilitzar les ones ultrasòniques emeses per un dispositiu ultrasònic d'alta potència per pelar el grafè de la superfície del grafit. surt.
Mètode de peeling en fase líquida
Els principals factors que influeixen en l'exfoliació del grafè assistit per ultrasons són la cavitació d'ones ultrasòniques i l'alta força de cisalles. La cavitació durant el tractament per ultrasons fa que el grafit es dispersi en el dissolvent a aixafar. La força de cisalles de les ones ultrasòniques pot fer que la forma solvent dels micro dolls impacti a la superfície del grafit i afavoreixi la separació entre capes de grafit.
Resumeix
El sistema d'ultrasons d'alta potència es pot utilitzar per al peeling, dispersió i preparació d'òxid de grafè i grafè. Processadors ultrasònics fiables i reactors avançats poden proporcionar la potència necessària per al processament del grafè i controlar amb precisió les condicions de processament, de manera que els resultats del processament per ultrasons es puguin ajustar amb precisió als objectius de processament requerits.
