O papel da dispersão ultrassônica na preparação do grafeno
A dispersão ultrassônica é um método confiável para produzir camadas de grafeno a partir de flocos ou partículas de grafite. Outras técnicas de dispersão comuns (como moinhos de bolas, moinhos de rolos ou misturadores de alto cisalhamento) são suscetíveis ao uso de reagentes e solventes agressivos. A tecnologia de dispersão ultrassônica pode superar esse problema e preparar materiais de grafeno de maneira eficiente.
Dispersão ultrassônica de grafeno
A dispersão ultrassônica transformará o grafeno no líquido em um estado disperso, ou seja, moagem ultrassônica fina ou ultrafina de sólidos ou fluidos devido ao efeito da vibração ultrassônica. Devido à particularidade do campo ultrassônico gerado no meio líquido, a dispersão ultrassônica fornece uma suspensão quimicamente pura, uniforme e altamente dispersa (tamanho de partícula menor que 1μm).
O princípio da preparação ultrassônica do grafeno
A preparação ultrassônica do grafeno é baseada no efeito da cavitação, portanto a estrutura quântica dentro do grafeno não será destruída. A cavitação ultrassônica pode gerar amplitude de alta frequência por meio de ultrassom de alta potência. O ultrassom de alta potência pode ser usado para processamento de líquidos, como mistura, emulsificação, dispersão e desaglomeração ou trituração. Quando o líquido é sonicado em alta intensidade, as ondas sonoras que se propagam no meio líquido causam ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (reflexão), a taxa sendo dependente da frequência. No ciclo de baixa pressão, o ultrassom de alta intensidade criará pequenas bolhas de vácuo ou vazios no líquido. Quando as bolhas atingem um volume que não pode absorver energia, elas entram em colapso violentamente durante o ciclo de alta pressão. Este fenômeno é denominado cavitação.
Cavitação
O equipamento de dispersão ultrassônica transmitirá vibrações de alta frequência para o líquido, e a aplicação desse estresse mecânico pode separar a aglomeração de partículas de grafeno. Quando o líquido é processado ultrassonicamente, as ondas sonoras que se propagam no meio líquido causam um ciclo alternado de alta pressão (compressão) e baixa pressão (reflexão). A cavitação ultrassônica no líquido pode causar jatos de líquido em alta velocidade de até 1000 km / h (aproximadamente 600 mph). Este jato espreme o líquido em alta pressão entre as partículas e separa o grafeno um do outro. Partículas menores irão acelerar com o jato de líquido e colidir em alta velocidade. A onda de choque de alta resistência gerada pela colisão de alta velocidade atua continuamente na superfície do corpo de grafite, e o grafite irá refletir e gerar tensão de tração. Quando um grande número de microbolhas estourar, a tensão de tração entre os flocos de grafite continuará a aumentar e os flocos de grafeno serão gradualmente removidos.
Esfoliação e dispersão de grafeno
Se o grafeno for usado como um material, o grafeno deve primeiro ser uniformemente disperso na formulação. Como o grafeno é hidrofóbico, é difícil obter dispersões de grafeno em alta concentração sem surfactantes ou dispersantes.
Nanofolhas de grafeno (GNP) podem ser feitas esfoliando grafite em um solvente por tratamento ultrassônico de alta potência. O grafeno esfoliado ultra-sônico pode ser funcionalizado com biopolímeros para obter grafeno dispersível em água. Por meio da cavitação ultrassônica, o grafeno sintetizado pode ser posteriormente processado em uma dispersão estável à base de água. É fácil aglomerar quando os nanômetros de grafeno são misturados ao líquido. A dispersão ultrassônica pode quebrar o grafeno aglomerado em suspensões aquosas e não aquosas e pode exercer todo o potencial dos nanomateriais.
O óxido de grafeno é solúvel em água e pode ser facilmente disperso em um colóide estável. A esfoliação e dispersão ultrassônica é um método muito eficaz, rápido e econômico que pode sintetizar, dispersar e funcionalizar o óxido de grafeno em escala industrial. Para controlar o tamanho das nanofolhas de óxido de grafeno (GO), o método de esfoliação desempenha um papel fundamental. Devido aos seus parâmetros de processo precisos e controláveis, o peeling ultrassônico é a técnica de estratificação mais amplamente usada na produção de grafeno e óxido de grafeno de alta qualidade.
Grafeno
Esfoliação líquida assistida por ultrassom
A esfoliação líquida (LPE) é um método eficaz para esfoliar flocos de grafeno. O princípio principal é adicionar grafite ou óxido de grafite como matéria-prima em um solvente ou surfactante específico para agitar a camada de intercalação quente para formar uma solução de pré-tratamento de grafeno e, em seguida, usar as ondas ultrassônicas emitidas por um dispositivo ultrassônico de alta potência para descascar o grafeno da superfície de grafite. sair.
Método de peeling de fase líquida
Os principais fatores de influência da esfoliação com grafeno assistida por ultrassom são a cavitação das ondas ultrassônicas e a alta força de cisalhamento. A cavitação durante o tratamento ultrassônico faz com que o grafite disperso no solvente seja esmagado. A força de cisalhamento das ondas ultrassônicas pode fazer o solvente formar microjatos para impactar a superfície de grafite e promover a separação entre as camadas de grafite.
Resumir
O sistema de ultra-som de alta potência pode ser usado para o peeling, dispersão e preparação de grafeno e óxido de grafeno. Processadores ultrassônicos confiáveis e reatores avançados podem fornecer a energia necessária para o processamento de grafeno e controlar com precisão as condições de processamento, de modo que os resultados do processamento ultrassônico possam ser ajustados com precisão aos alvos de processamento necessários.
