グラフェン調製における超音波分散の役割

超音波分散は、グラファイトフレークまたは粒子からグラフェン層を生成する信頼性の高い方法です。ボールミル、ロールミル、高剪断ミキサーなどの他の一般的な分散技術は、積極的な試薬や溶剤の使用に影響を受けやすいです。超音波分散技術は、この問題をうまく克服し、グラフェン材料を効率的に調製することができます。

超音波分散は、液体中のグラフェンを分散状態、すなわち超音波振動の影響による固体または流体の微細または超微細超音波粉砕に変換します。液体媒体に発生する超音波場の特異性のために、超音波分散液は、高分散均一、化学的に純粋な懸濁液(粒径1μm未満)を提供する。

01

グラフェンの超音波調製の原理

グラフェンの超音波調製は、キャビテーション効果に基づいているので、グラフェン内部の量子構造が破壊されません。超音波キャビテーションは、高出力超音波を介して高周波振幅を生成します。高出力超音波は、混合、乳化、分散および脱凝集または粉砕などの液体の治療に使用することができます。液体が高強度で超音波処理されると、液体媒体に伝播する音波は、周波数に依存する速度で高圧(圧縮)と低圧(反射)の交互サイクルを引き起こす。低圧サイクルで高強度の超音波は、液体中の小さな真空気泡や空隙を作成します。気泡がエネルギーを吸収できない体積に達すると、高圧サイクルで激しく崩壊します。この現象はキャビテーションと呼ばれます。

超音波分散装置は、液体中に高周波振動を伝達し、この機械的ストレスの適用は、グラフェン粒子の凝集体を分離することができます。液体を超音波処理する場合、液体媒体に伝搬する音波は、高圧(圧縮)と低圧(反射)の交互サイクルを引き起こす。液体中の超音波キャビテーションは、最大1000 km/h(約600マイル)の高速液体ジェットを生じます。このジェット機は、粒子間の高圧で液体を圧迫し、グラフェンを互いに分離する。小さい粒子は液体ジェットで加速され、高速で衝突する。高速衝突によって発生する高強度衝撃波は、グラファイト体の表面に連続的に作用し、グラファイトは反射し、引張応力を生成します。多数のマイクロバブルが壊れると、グラファイトフレーク間の引張応力が連続的に増加し、グラフェンフレークが徐々に剥離します。

02グラフェンの剥離と分散

グラフェンを材料として使用する場合は、まず製剤中に均一に分散する必要があります。グラフェンの疎水性のために、界面活性剤または分散剤の安定化なしに高濃度のグラフェン分散液を得ることは困難である。

グラフェンナノシート(GNP)は、高出力超音波処理によって溶媒中の黒鉛を剥離することによって製造することができる。超音波剥離グラフェンは、水分散性グラフェンを得るために生体高分子で機能化することができます。合成されたグラフェンは、超音波キャビテーションによって安定した水系分散液にさらに処理することができる。凝集はグラフェンナノ材料が液体に混合されると容易に起こり、超音波分散は、ナノ材料の可能性を最大限に引き出すことができる水性および非水性懸濁液中の凝集グラフェンを分解することができる。

酸化グラフェンは水溶性であり、安定したコロイドに容易に分散することができる。超音波剥離と分散は、工業規模でグラフェン酸化物を合成、分散、機能化するために非常に効率的で迅速かつ費用対効果の高い方法です。酸化グラフェン(GO)ナノシートのサイズを制御するために、剥離法は重要な役割を果たす。その正確に制御可能なプロセスパラメータに、超音波剥離は、高品質のグラフェンと酸化グラフェンの生産のための最も広く使用される剥離技術です。

03超音波アシスト液相剥離

液相剥離(LPE)は、グラフェンフレークの剥離に有効な方法です。主な原理は、グラフェン前処理溶液を形成するために熱インターカレーションを攪拌するために特定の溶媒または界面活性剤に原料としてグラファイトまたは黒鉛酸化物を添加し、次にグラファイト表面からグラフェンを剥離するために高出力超音波装置によって放出される超音波を使用することである。抜ける。

液相剥離方法

超音波支援グラフェン剥離の主な影響因子は、超音波キャビテーションと高い剪断力です。超音波処理プロセスにおけるキャビテーションは、溶媒中に分散したグラファイトを破砕し、破砕させる。超音波のせん断力は、グラファイト表面に影響を与えるためにマイクロジェットを形成する溶媒を引き起こす可能性があり、グラファイト層の分離を促進する。

04サマリー

高出力超音波システムは、グラフェンおよび酸化グラフェンの剥離、分散および調製に使用することができます。信頼性の高い超音波処理装置および高度な反応器は、正確に制御された処理条件でグラフェン処理に必要な電力を提供し、超音波処理結果を所望の処理目標に正確に調整することができます。