תפקיד פיזור קולי בהכנת גרפן
פיזור קולי הוא שיטה אמינה לייצור שכבות גרפן מפתיתי גרפיט או חלקיקים. טכניקות פיזור נפוצות אחרות (כגון טחנות כדור, טחנות גלילה או מערבלים לגזירה גבוהה) רגישות לשימוש בחומרים ריאגנטים וממיסים אגרסיביים. טכנולוגיית הפיזור הקולי יכולה להתגבר על בעיה זו ולהכין ביעילות חומרי גרפן.
פיזור גרפן אולטרה סאונד
פיזור אולטרסאונד יהפוך את הגרפן בנוזל למצב מפוזר, כלומר שחיקה אולטראסונית דקה או דקה במיוחד של מוצקים או נוזלים עקב השפעת הרטט הקולי. בשל הייחודיות של השדה האולטראסוני שנוצר במדיום הנוזלי, פיזור אולטרסאונד מספק השעיה אחידה, טהורה כימית, מפוזרת (גודל החלקיקים פחות מ -1 מיקרומטר).
העיקרון של הכנת אולטרסאונד של גרפן
הכנת אולטרסאונד של גרפן מבוססת על אפקט הקביטציה, כך שמבנה הקוונטים בתוך הגרפן לא ייהרס. Cavitation קולי יכול ליצור משרעת בתדירות גבוהה באמצעות אולטרסאונד בעל הספק גבוה. ניתן להשתמש באולטרסאונד בעל עוצמה גבוהה לעיבוד נוזלי, כגון ערבוב, תחליב, פיזור ודה-צבירה או טחינה. כאשר הנוזל מושמע בעוצמה גבוהה, גלי הקול המתפשטים למדיום הנוזל גורמים למחזורי לחץ גבוה (דחיסה) ולחץ נמוך (השתקפות), והקצב תלוי בתדר. במחזור הלחץ הנמוך, אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ייצור בועות ואקום קטנות או חללים בנוזל. כאשר הבועות מגיעות לנפח שאינו יכול לספוג אנרגיה, הן מתמוטטות באלימות במהלך מחזור הלחץ הגבוה. תופעה זו נקראת cavitation.
Cavitation
ציוד פיזור אולטרסאונד יעביר תנודות בתדירות גבוהה לתוך הנוזל, והפעלת לחץ מכני זה יכול להפריד בין הצטברות חלקיקי הגרפן. כאשר מעבדים את הנוזל באולטרסאונד, גלי הקול המתפשטים למדיום הנוזלי גורמים לסירוגין ללחץ גבוה (דחיסה) ולחץ נמוך (השתקפות). Cavitation קולי בנוזל יכול לגרום סילוני נוזלים במהירות גבוהה עד 1000 קמ"ש (כ 600 קמ"ש). סילון זה סוחט את הנוזל בלחץ גבוה בין החלקיקים ומפריד בין הגרפן זה לזה. חלקיקים קטנים יותר יאיצו עם סילון הנוזל ויתנגשו במהירות גבוהה. גל ההלם בעוצמה גבוהה שנוצר מההתנגשות במהירות גבוהה פועל ברציפות על פני גוף הגרפיט, והגרפיט ישקף וייצור מתח מתיחה. כאשר מספר רב של פצצות מיקרו מתפוצצות, מתח המתיחה בין פתיתי הגרפיט ימשיך לעלות, ופתיתי הגרפן יתקלפו בהדרגה.
פילינג ופיזור גרפן
אם יש להשתמש בגרפן כחומר, תחילה יש לפזר את הגרפן בצורה אחידה לניסוח. מכיוון שגרפן הוא הידרופובי, קשה להשיג פיזור גרפן בריכוז גבוה ללא חומרים פעילי שטח או פיזור.
ניתן לייצר גליונות ננו-גרפין (GNP) על ידי פילינג גרפיט בממיס על ידי טיפול קולי בעל הספק גבוה. ניתן לתפקד גרפן מקולף אולטרסאונד בעזרת פולימרים ביולוגיים כדי להשיג גרפן המפזר במים. באמצעות cavitation קולי, ניתן לעבד את הגרפן המסונתז לפיזור יציב על בסיס מים. קל להצטבר כאשר מערבבים ננומטרים גרפיים לנוזל. פיזור קולי יכול לשבור את הגרפן המצטבר במים ובמתלים שאינם מימיים, ויכול לממש את מלוא הפוטנציאל של חומרי ננו.
תחמוצת גרפן מסיסה במים וניתנת לפיזור בקלות לקולואיד יציב. פילינג ופיזור קולי הם שיטה יעילה מאוד, מהירה וחסכונית שיכולה לסנתז, לפזר ולתפקד את תחמוצת הגרפן בקנה מידה תעשייתי. על מנת לשלוט בגודל גליונות הננו-נוזלי של תחמוצת הגרפן (GO), שיטת הפילינג ממלאת תפקיד מפתח. בשל פרמטרי התהליך המדויקים הניתנים לשליטה, קילוף אולטרסאונד הוא טכניקת השכבות הנפוצה ביותר בייצור גרפן ותחמוצת גרפן באיכות גבוהה.
גרפן
פילינג נוזלי בעזרת קולי
פילינג נוזלי (LPE) הוא שיטה יעילה לפילינג פתיתי גרפן. העיקרון העיקרי הוא להוסיף גרפיט או תחמוצת גרפיט כחומר גלם בממיס או חומר פעילי שטח ספציפי כדי לערבב את שכבת ההחלפה החמה ליצירת פתרון טיפול מקדים בגרפן, ואז להשתמש בגלים האולטראסוניים הנפלטים על ידי מכשיר קולי בעל הספק גבוה כדי לקלף את גרפן משטח הגרפיט. צא.
שיטת קילוף שלב נוזלי
הגורמים המשפיעים העיקריים על פילינג גרפן בסיוע אולטרסאונד הם cavitation של גלי קולי וכוח גזירה גבוה. הקביטציה במהלך הטיפול הקולי גורמת לריסוק הגרפיט המפוזג בממיס. כוח הגזירה של גלים קולי יכול לגרום לממס ליצור סילוני מיקרו כדי להשפיע על משטח הגרפיט ולקדם את ההפרדה בין שכבות גרפיט.
לסיכום
ניתן להשתמש במערכת אולטרסאונד בעלת הספק גבוה לקילוף, פיזור והכנת גרפן ותחמוצת גרפן. מעבדים אולטראסאניים אמינים וכורים מתקדמים יכולים לספק את הכוח הנדרש לעיבוד גרפן ולשלוט במדויק בתנאי העיבוד, כך שתוצאות העיבוד האולטרסאונד יוכלו להתאים במדויק ליעדי העיבוד הנדרשים.
