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 de grafite ou partículas. Outras técnicas comuns de dispersão, como moinhos de bolas, moinhos de rolo ou misturadores de alta tesoura são suscetíveis ao uso de reagentes e solventes agressivos. A tecnologia de dispersão ultrassônica pode superar bem esse problema e preparar os materiais de grafeno de forma eficiente.

A dispersão ultrassônica transforma o grafeno em líquido em um estado disperso, ou seja, moagem ultrassônica fina ou ultrafina de sólidos ou fluidos devido ao efeito de vibrações ultrassônicas. Devido à especificidade do campo ultrassônico gerado no meio líquido, a dispersão ultrassônica proporciona uma suspensão uniforme altamente dispersa, quimicamente pura (tamanho de partícula inferior a 1 μm).

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O princípio da preparação ultrassônica do grafeno

A preparação ultrassônica do grafeno é baseada no efeito cavitação, de modo que a estrutura quântica dentro do grafeno não será destruída. A cavitação ultrassônica gera amplitudes de alta frequência através de ondas ultrassônicas de alta potência. O ultrassom de alta potência pode ser usado para o tratamento de líquidos como mistura, emulsionamento, dispersão e desagglomeração ou moagem. Quando um líquido é sonicado em alta intensidade, ondas sonoras que se propagam no meio líquido causam ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (reflexo) a uma taxa que depende da frequência. Ondas ultrassônicas de alta intensidade em ciclos de baixa pressão criam pequenas bolhas de vácuo ou vazios no líquido. Quando as bolhas atingem um volume onde não conseguem absorver a energia, elas entram em colapso violentamente no ciclo de alta pressão. Este fenômeno é chamado cavitação.

O dispositivo de dispersão ultrassônica transmite vibrações de alta frequência para o líquido, e a aplicação deste estresse mecânico pode separar os aglomerados das partículas de grafeno. Ao sonicar líquidos, ondas sonoras que se propagam no meio líquido causam ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (reflexo). A cavitação ultrassônica em líquidos resulta em jatos líquidos de alta velocidade de até 1000 km/h (cerca de 600 mph). Este jato aperta o líquido em alta pressão entre as partículas e separa o grafeno um do outro. Partículas menores são aceleradas com o jato líquido e colidem em alta velocidade. A onda de choque de alta intensidade gerada pela colisão de alta velocidade continuamente atua na superfície do corpo do grafite, e o grafite refletirá e gerará estresse de tração. Quando um grande número de microbolhas são quebradas, o estresse de tração entre os flocos de grafite aumenta continuamente, e os flocos de grafeno são gradualmente esfoliados.

02Exfoliação e dispersão do grafeno

Se o grafeno deve ser usado como material, ele deve primeiro ser uniformemente disperso na formulação. Devido à hidrofobitude do grafeno, é difícil obter dispersões de grafeno de alta concentração sem a estabilização de surfactantes ou dispersantes.

As nanofolhas de grafeno (GNPs) podem ser fabricadas esfoliando grafite em um solvente por sônica de alta potência. O grafeno esfoliado ultrassônico pode ser funcionalizado com biopolímeros para obter grafeno dispersível à água. O grafeno sintetizado pode ser processado em dispersões estáveis à base de água por cavitação ultrassônica. A aglomeração ocorre facilmente quando os nanomateriais de grafeno são misturados em líquidos, e a dispersão ultrassônica pode quebrar o grafeno aglomerado em suspensões aquosas e não aquosas, o que pode trazer à tona todo o potencial dos nanomateriais.

O óxido de grafeno é solúvel em água e pode ser facilmente dispersado em coloides estáveis. A esfoliação e dispersão ultrassônicas é um método muito eficiente, rápido e econômico para sintetizar, dispersar e funcionalizar 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 precisamente controláveis, a esfoliação ultrassônica é a técnica de delaminação mais utilizada para a produção de grafeno de alta qualidade e óxido de grafeno.

03 Exfoliação de fase líquida assistida 03

A esfoliação de fase líquida (LPE) é um método eficiente para esfoliação de flocos de grafeno. O princípio principal é adicionar óxido de grafite ou grafite como matéria-prima a um solvente ou surfactante específico para agitar a intercalação térmica 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 retirar o grafeno da superfície do grafite. sair.

Método de descascamento de fase líquida

Os principais fatores influenciadores da esfoliação de grafeno ultrassônico são cavitação ultrassônica e alta força de cisalhamento. A cavitação no processo de tratamento ultrassônico faz com que o grafite dispersado no solvente seja esmagado e esmagado. A força de cisalhamento das ondas ultrassônicas pode fazer com que o solvente forme micro jatos para impactar a superfície do grafite, o que promove a separação das camadas de grafite.

04Summary

Sistemas ultrassônicos de alta potência podem ser usados para esfoliação, dispersão e preparação de óxido de grafeno e grafeno. Processadores ultrassônicos confiáveis e reatores avançados fornecem a energia necessária para o processamento do grafeno, com condições de processamento precisamente controladas que permitem que os resultados de processamento ultrassônico sejam precisamente ajustados ao alvo de processamento desejado.