Peran dispersi ultrasonik dalam persiapan graphene
Dispersi ultrasonik adalah metode yang andal untuk menghasilkan lapisan graphene dari serpihan atau partikel grafit. Teknik dispersi umum lainnya (seperti ball mill, roller mill atau mixer geser tinggi) rentan terhadap penggunaan reagen dan pelarut agresif. Teknologi dispersi ultrasonik dapat mengatasi masalah ini dengan baik dan menyiapkan bahan graphene secara efisien.
Dispersi graphene ultrasonik
Dispersi ultrasonik akan mengubah graphene dalam cairan menjadi keadaan terdispersi, yaitu penggilingan ultrasonik halus atau ultra-halus dari padatan atau cairan karena efek getaran ultrasonik. Karena kekhasan medan ultrasonik yang dihasilkan dalam media cair, dispersi ultrasonik memberikan suspensi kimia murni seragam yang sangat tersebar (ukuran partikel kurang dari 1μm).
Prinsip persiapan ultrasonik graphene
Persiapan ultrasonik graphene didasarkan pada efek kavitasi, sehingga struktur kuantum di dalam graphene tidak akan hancur. Kavitasi ultrasonik dapat menghasilkan amplitudo frekuensi tinggi melalui ultrasound daya tinggi. Ultrasound berdaya tinggi dapat digunakan untuk pemrosesan cairan, seperti pencampuran, pengemulsi, pendispersi dan de-aglomerasi atau penggilingan. Ketika cairan disonikasi pada intensitas tinggi, gelombang suara yang merambat ke dalam media cair menyebabkan siklus tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (refleksi), kecepatannya bergantung pada frekuensi. Dalam siklus tekanan rendah, ultrasound intensitas tinggi akan menciptakan gelembung vakum kecil atau rongga dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume yang tidak dapat menyerap energi, mereka runtuh dengan keras selama siklus tekanan tinggi. Fenomena ini disebut kavitasi.
kavitasi
Peralatan dispersi ultrasonik akan mengirimkan getaran frekuensi tinggi ke dalam cairan, dan penerapan tekanan mekanis ini dapat memisahkan aglomerasi partikel graphene. Ketika cairan diproses secara ultrasonik, gelombang suara yang merambat ke media cair menyebabkan tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (refleksi) berputar secara bergantian. Kavitasi ultrasonik dalam cairan dapat menyebabkan pancaran cairan berkecepatan tinggi hingga 1000 km/jam (sekitar 600 mph). Jet ini memeras cairan pada tekanan tinggi antara partikel dan memisahkan graphene satu sama lain. Partikel yang lebih kecil akan berakselerasi dengan jet cair dan bertabrakan dengan kecepatan tinggi. Gelombang kejut kekuatan tinggi yang dihasilkan oleh tumbukan berkecepatan tinggi terus menerus bekerja pada permukaan tubuh grafit, dan grafit akan memantulkan dan menghasilkan tegangan tarik. Ketika sejumlah besar gelembung mikro pecah, tegangan tarik antara serpihan grafit akan terus meningkat, dan serpihan graphene secara bertahap akan terkelupas.
Pengelupasan dan dispersi graphene
Jika graphene akan digunakan sebagai bahan, graphene pertama-tama harus tersebar merata ke dalam formulasi. Karena graphene bersifat hidrofobik, sulit untuk mendapatkan dispersi graphene konsentrasi tinggi tanpa surfaktan atau dispersan.
Graphene nanosheets (GNP) dapat dibuat dengan mengeksfoliasi grafit dalam pelarut dengan perlakuan ultrasonik berdaya tinggi. Grafena terkelupas ultrasonik dapat difungsikan dengan biopolimer untuk mendapatkan grafena yang dapat terdispersi dalam air. Melalui kavitasi ultrasonik, graphene yang disintesis dapat diproses lebih lanjut menjadi dispersi berbasis air yang stabil. Sangat mudah untuk menggumpal ketika nanometer graphene dicampur menjadi cairan. Dispersi ultrasonik dapat memecah graphene yang diaglomerasi dalam air dan suspensi tidak berair, dan dapat mengerahkan potensi penuh bahan nano.
Grafena oksida larut dalam air dan dapat dengan mudah terdispersi menjadi koloid yang stabil. Pengelupasan dan dispersi ultrasonik adalah metode yang sangat efektif, cepat, dan hemat biaya yang dapat mensintesis, membubarkan, dan memfungsikan oksida graphene pada skala industri. Untuk mengontrol ukuran nanosheet graphene oxide (GO), metode pengelupasan kulit memainkan peran kunci. Karena parameter prosesnya yang tepat dan dapat dikontrol, pengelupasan ultrasonik adalah teknik pelapisan yang paling banyak digunakan dalam produksi grafena dan oksida grafena berkualitas tinggi.
Grafena
Pengelupasan cairan dengan bantuan ultrasonik
Pengelupasan cair (LPE) adalah metode yang efektif untuk mengelupas serpihan graphene. Prinsip utamanya adalah menambahkan grafit atau grafit oksida sebagai bahan baku dalam pelarut atau surfaktan tertentu untuk mengaduk lapisan interkalasi panas untuk membentuk larutan pretreatment graphene, dan kemudian menggunakan gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh perangkat ultrasonik berdaya tinggi untuk mengupas graphene dari permukaan grafit. keluar.
Metode pengelupasan fase cair
Faktor utama yang mempengaruhi pengelupasan graphene berbantuan ultrasonik adalah kavitasi gelombang ultrasonik dan gaya geser yang tinggi. Kavitasi selama perawatan ultrasonik menyebabkan grafit yang terdispersi dalam pelarut dihancurkan. Gaya geser gelombang ultrasonik dapat membuat pelarut membentuk jet mikro untuk mempengaruhi permukaan grafit dan mendorong pemisahan antara lapisan grafit.
Menyimpulkan
Sistem ultrasound berdaya tinggi dapat digunakan untuk pengelupasan, dispersi, dan preparasi graphene dan graphene oxide. Prosesor ultrasonik dan reaktor canggih yang andal dapat menyediakan daya yang diperlukan untuk pemrosesan graphene dan mengontrol kondisi pemrosesan secara tepat, sehingga hasil pemrosesan ultrasonik dapat disesuaikan secara akurat dengan target pemrosesan yang diperlukan.
