Dispersi graphene dengan bantuan ultrasonik
Dispersi graphene ultrasonik
Graphene adalah bahan dua dimensi tipis dan keras dunia&# 39 yang terdiri dari satu lapisan atom karbon. Kekuatan, fleksibilitas, konduktivitas listrik, konduktivitas termal, dan sifat optiknya yang sangat baik memainkan peran penting dalam berbagai bidang. Tidak ada graphene satu lapis dalam keadaan alami. Materi umumnya ada sebagai grafit tiga dimensi. Sangat penting untuk mengekstrak grafena lapisan tunggal dari grafit.
Dispersi grafena ultrasonik juga disebut pengelupasan grafena ultrasonik. Metode reduksi grafit oksida dan getaran ultrasonik dapat secara efektif meningkatkan jarak lapisan oksida grafit. Grafit oksida dengan jarak lapisan yang lebih besar tidak hanya kondusif untuk penyisipan molekul lain, atom, dll di antara lapisan untuk membentuk oksida grafit Bahan komposit interkalasi mudah dikelupas menjadi oksida grafit lapis tunggal, yang menjadi fondasi bagi persiapan lebih lanjut dari graphene lapisan tunggal.
Prinsip Dispersi Ultrasonik
Dispersi graphene ultrasonik adalah penggunaan kavitasi ultrasonik untuk menyebarkan partikel yang diaglomerasi. Ini untuk menempatkan suspensi partikel (cair) untuk diproses menjadi medan suara super kuat dan memprosesnya dengan amplitudo ultrasonik yang sesuai. Di bawah efek tambahan kavitasi, suhu tinggi, tekanan tinggi, jet mikro, getaran kuat, dll., Jarak antar molekul akan meningkat terus menerus, yang pada akhirnya akan menyebabkan molekul pecah dan membentuk struktur molekul tunggal. Produk ini sangat efektif untuk menyebarkan bahan nano (seperti tabung nano karbon, grafena, silikon dioksida, dll.).
Material grafit banyak terdapat di alam, dan grafit dengan ketebalan 1 mm mengandung sekitar 3 juta lapisan graphene. Grafit satu lapis disebut graphene, yang tidak ada dalam keadaan bebas, dan ada dalam bentuk lembaran grafit yang dilaminasi dengan banyak lapisan graphene. Karena gaya antar lapisan dari lembaran grafit lemah, ia dapat dikelupas lapis demi lapis oleh gaya luar, sehingga memperoleh grafena lapis tunggal dengan ketebalan hanya satu atom karbon.
Metode dispersi yang umum digunakan
1. Metode pengelupasan mikromekanis
Gunakan selotip untuk langsung mengupas serpihan graphene dari kristal yang lebih besar dan ulangi prosesnya.
Ketika bahan digosok dengan grafit pirolitik yang telah mengembang atau menimbulkan cacat, kristal seperti serpihan diproduksi pada permukaan grafit curah, dan kristal seperti serpihan mengandung grafena lapisan tunggal.
Kekurangan: Graphene memiliki hasil rendah, area kecil, ukuran sulit dikendalikan, efisiensi rendah, dan tidak dapat disiapkan dalam skala besar.
2. Metode pengendapan uap kimia
Satu atau lebih zat gas yang mengandung karbon (biasanya gas organik rendah karbon) dimasukkan ke dalam reaktor vakum, dan gas yang mengandung karbon didekomposisi dan dikarbonisasi (biasanya gas organik rendah karbon) pada suhu tinggi. Proses menumbuhkan unsur karbon.
Kekurangan: Struktur kristal sarang lebah heksagonal graphene tidak dapat sepenuhnya dibuat grafitnya, dan kualitasnya tidak sebaik metode pengelupasan komputer mikro. Biaya tinggi dan persyaratan peralatan yang ketat membatasi produksi graphene dalam skala besar, dan penambahan katalis mengurangi kemurnian graphene.
3. Metode pertumbuhan orientasi epitaxial kristal
Salah satunya adalah menghilangkan Si dengan memanaskan kristal tunggal 6H-SiC, sehingga graphene tumbuh secara epitaksial pada permukaan kristal SiC. Graphene bersentuhan dengan lapisan Si, dan konduktivitas graphene ini dipengaruhi oleh substrat; yang lainnya adalah dengan menggunakan komponen jejak karbon dalam kristal tunggal logam, melalui anil suhu tinggi di bawah vakum ultra-tinggi, unsur karbon dalam logam berada di permukaan logam kristal tunggal Graphene diendapkan.
Kekurangan: Ketebalan film graphene tidak rata dan sulit dikendalikan. Graphene yang dihasilkan melekat erat pada substrat dan sulit dikupas, yang akan mempengaruhi karakteristik graphene. Pada saat yang sama, ia perlu tumbuh di bawah kondisi ultra vakum dan suhu tinggi. Kondisinya sangat menuntut dan persyaratan peralatan tinggi. Persiapan graphene skala besar dan terkendali tidak dapat dicapai.
4. Metode reduksi grafit oksida
Grafena oksida umumnya diperoleh dengan oksidasi grafit dengan asam kuat. Ada tiga metode utama untuk membuat grafit oksida: metode Brodie, metode Staudenmaier dan metode Hummers. Diantaranya, metode dispersi graphene metode Hummers membutuhkan bantuan ultrasonik.
Fitur: Metode dispersi graphene metode Hummers: metode sederhana, memakan waktu singkat, kapasitas pemrosesan besar, aman dan bebas polusi, ini adalah yang umum digunakan saat ini.
5. Metode dengan bantuan USG
Sistem dispersi graphene ultrasonik menggunakan metode Hummers berbantuan ultrasonik untuk menyiapkan oksida graphene, yang menggunakan cairan sebagai media dan menambahkan getaran ultrasonik frekuensi tinggi ke cairan. Karena ultrasound adalah gelombang mekanis, itu tidak diserap oleh molekul dan menyebabkan getaran molekul selama propagasi. Di bawah efek kavitasi, yaitu, jarak antar molekul di bawah efek tambahan suhu tinggi, tekanan tinggi, jet mikro, getaran kuat, dll., Jarak rata-rata antar molekul meningkat karena getaran, yang pada akhirnya mengarah pada fragmentasi molekul. Jarak lapisan grafit oksida dapat ditingkatkan lebih efektif, dan dengan peningkatan daya ultrasonik, jarak lapisan oksida grafit yang diperoleh cenderung meluas.
Tekanan sesaat yang dilepaskan oleh ultrasound menghancurkan gaya van der Waals antara lapisan graphene, membuatnya lebih sulit untuk graphene untuk menggumpal bersama. Grafit oksida dengan jarak antar lapisan yang besar tidak hanya bermanfaat bagi pembentukan bahan komposit interkalasi grafit oksida dengan memasukkan molekul lain, atom, dll., Tetapi juga mudah dikelupas menjadi oksida grafit lapis tunggal, yang menjadi fondasi untuk persiapan lebih lanjut graphene satu lapis.
Peralatan dispersi ultrasonik dapat digunakan untuk graphene, pelapis tinta, dll. Dispersi, perawatan homogenisasi; emulsifikasi minyak bumi; Pengolahan ekstraksi obat Cina; sel, penghancuran air pemberat, perawatan desinfeksi; bahan baku kimia untuk mempercepat reaksi dan sebagainya.
