Ultrasoon grafeendispersie

 

Voorstellen:

Ultrasone grafeendispersie, ook bekend als ultrasone grafeenexfoliatie, gebruikt de methode van het reduceren van grafeenoxide, gecombineerd met ultrasone vibratie, om effectief de tussenlaagafstand van grafeenoxide te vergroten. Grafeenoxide met grotere tussenlaagafstand vergemakkelijkt niet alleen het invoegen van andere moleculen, atomen, enz. in de tussenlaag om grafeenoxide-geïntercaleerde composietmaterialen te vormen, maar is ook gemakkelijk te exfoliëren tot enkellaags grafeenoxide, wat een basis legt voor verdere voorbereiding van enkellaags grafeen.

 

 

Beginsel:

Ultrasoon grafeendispersie-apparatuur maakt gebruik van het cavitatie-effect van ultrageluid om geagglomereerde deeltjes te verspreiden. Het omvat het plaatsen van de vereiste deeltjessuspensie (vloeistof) in een ultrasterk geluidsveld en het verwerken ervan met de juiste ultrasone amplitude. Onder extra effecten zoals cavitatie, hoge temperatuur, hoge druk, microjet en sterke trillingen, zal de afstand tussen moleculen blijven toenemen, wat uiteindelijk leidt tot moleculaire fragmentatie en de vorming van enkelvoudige molecuulstructuren. Dit product is met name effectief voor het verspreiden van nanomaterialen zoals koolstofnanotubes, grafeen, silica, enz.

 

 

Objectief:

Er zijn een groot aantal grafietmaterialen in de natuur, en grafiet met een dikte van 1 millimeter bevat ongeveer 3 miljoen lagen grafeen. Enkellaags grafiet wordt grafeen genoemd, dat niet in zijn vrije toestand bestaat en bestaat in de vorm van gelaagde grafeenvellen. Vanwege de zwakke tussenlaagkrachten van grafietvellen kunnen ze laag voor laag worden afgepeld door externe krachten, wat resulteert in een enkellaags grafeen met slechts één koolstofatoomdikte.

 

 

Veel voorkomende dispersiemethoden en hun nadelen:

 

1. Micromechanische schilmethode

Trek de grafeenvellen direct van de grotere kristallen af ​​met behulp van plakband en herhaal dit proces voortdurend.

Wrijving tussen een materiaal en geëxpandeerd of defect pyrolytisch grafiet resulteert in de vorming van vlokkige kristallen op het oppervlak van bulkgrafiet, die een enkele laag grafeen bevatten.

Nadelen: Grafeen heeft een lage opbrengst, een klein oppervlak, is moeilijk nauwkeurig te bepalen hoe groot het is, is niet efficiënt en kan niet op grote schaal worden bereid.

2. Chemische dampdepositiemethode

Het proces waarbij één of meer gasvormige stoffen die koolstof bevatten (meestal organisch gas met een laag koolstofgehalte) in een vacuümreactor worden geïntroduceerd, waarbij het koolstofhoudende gas (meestal organisch gas met een laag koolstofgehalte) wordt afgebroken en gecarboniseerd door middel van hoge temperaturen, en waarbij een koolstofelement op het substraatoppervlak groeit.

Nadelen: De hexagonale honingraat kristalstructuur van grafeen kan niet volledig worden gegrafitiseerd en de kwaliteit is niet zo goed als die van de microcomputer exfoliatiemethode. De hoge kosten en strenge apparatuurvereisten beperken de grootschalige bereiding van grafeen en de toevoeging van katalysatoren vermindert ook de zuiverheid van grafeen.

3. Kristal epitaxiaal georiënteerde groeimethode

Eén methode is om Si te verwijderen door verhitting van monokristal 6H SiC, waardoor epitaxiale groei van grafeen op het oppervlak van SiC-kristallen plaatsvindt. Grafeen en Si-laag komen in contact en de geleidbaarheid van dit grafeen wordt beïnvloed door het substraat; Een andere aanpak is om sporen van koolstof in metalen monokristallen te gebruiken en door middel van hoge-temperatuur-uitgloeien onder ultrahoog vacuüm, slaat het koolstofelement in het metaal grafeen neer op het oppervlak van het metalen monokristal.

Nadelen: De dikte van de grafeenfilm is ongelijk, moeilijk te controleren en het gegenereerde grafeen hecht zich stevig aan het substraat, waardoor het moeilijk is om af te pellen, wat de eigenschappen van grafeen kan beïnvloeden. Tegelijkertijd moet het groeien onder extreem zware omstandigheden van ultra vacuüm en hoge temperatuur, met hoge apparatuurvereisten, waardoor het onmogelijk is om grootschalige en controleerbare bereiding van grafeen te bereiken.

4. Geoxideerde grafietreductiemethode

Geoxideerd grafeen wordt over het algemeen verkregen door sterke zuuroxidatie van grafiet. Er zijn drie hoofdmethoden voor het bereiden van geoxideerd grafiet: Brodie-methode, Staudenmaier-methode en Hummers-methode. De Hummers-methode vereist onder andere de toevoeging van ultrasone assistentie voor grafeendispersie.

Kenmerken: Hummers-methode voor grafeendispersie: De methode is eenvoudig, tijdrovend, heeft een grote verwerkingscapaciteit, is veilig en vervuilingsvrij en is momenteel de meest gebruikte methode.

 

 

Voordelen van ultrasoon grafeendispersie:

 

Het ultrasone grafeendispersiesysteem gebruikt de ultrasone ondersteunde Hummers-methode om grafeenoxide te bereiden, dat vloeistof als medium gebruikt en hoogfrequente ultrasone trillingen aan de vloeistof toevoegt. Omdat ultrageluid een mechanische golf is die niet door moleculen wordt geabsorbeerd, veroorzaakt het moleculaire trillingen tijdens de voortplanting. Onder het cavitatie-effect, dat extra effecten omvat zoals hoge temperatuur, hoge druk, microjet en sterke trillingen, neemt de afstand tussen moleculen toe als gevolg van trillingen, wat uiteindelijk leidt tot moleculaire fragmentatie. Het kan de tussenlaagafstand van geoxideerd grafiet effectief vergroten en met de toename van het ultrasone vermogen vertoont de verkregen tussenlaagafstand van geoxideerd grafiet een groeiende trend.

De onmiddellijke druk die door ultrageluid wordt vrijgegeven, breekt de van der Waals-krachten tussen grafeenlagen, waardoor het minder waarschijnlijk is dat grafeen samenklontert. Grote tussenlaagafstanden van grafeenoxide vergemakkelijken niet alleen de invoeging van andere moleculen, atomen, enz. in de tussenlaag om grafeenoxide-geïntercaleerde composietmaterialen te vormen, maar maken het ook gemakkelijk om het af te pellen tot enkellaags grafeenoxide, wat een basis legt voor verdere voorbereiding van enkellaags grafeen.