Làm thế nào để phân tán graphene bằng máy đồng nhất siêu âm?

Làm thế nào để phân tán graphene bằng máy đồng nhất siêu âm?

Do các đặc tính đặc biệt của graphite đã được biết đến, một số phương pháp để điều chế nó đã được phát triển. Ngoài việc sản xuất graphene bằng hóa chất từ graphene oxide trong một quy trình nhiều bước, các chất oxy hóa và khử rất mạnh là cần thiết. Ngoài ra, graphene được điều chế trong các điều kiện hóa học khắc nghiệt này thường chứa một số lượng lớn các khuyết tật ngay cả sau khi khử so với graphene thu được từ các phương pháp khác. Tuy nhiên, siêu âm là một phương pháp thay thế đã được chứng minh có thể tạo ra một lượng lớn graphene chất lượng cao. Các phương pháp do các nhà nghiên cứu phát triển bằng cách sử dụng siêu âm có sự khác biệt nhỏ, nhưng nói chung, việc sản xuất graphene có thể được hoàn thành chỉ trong một bước.

01 Tách lớp trực tiếp graphene
Siêu âm có thể điều chế graphene trong dung môi hữu cơ, dung dịch chất hoạt động bề mặt/nước hoặc chất lỏng ion. Điều này có nghĩa là có thể tránh sử dụng các chất oxy hóa hoặc khử mạnh. Stankovich và cộng sự (2007) đã sản xuất graphene bằng cách tách lớp dưới siêu âm. Xử lý siêu âm dung dịch graphene oxide với nồng độ 1mg/ml, hình ảnh AFM cho thấy luôn có các vảy có độ dày đồng đều (1nm), và không có vảy graphene nào có độ dày lớn hơn 1nm hoặc nhỏ hơn 1nm trong các mẫu tách lớp graphene oxide tốt này. Kết luận rằng trong các điều kiện này, việc tách lớp hoàn toàn graphene oxide để thu được các vảy graphene oxide đơn lẻ đã đạt được.

02 Xử lý graphene bằng siêu âm ...

Để đưa ra một ví dụ về quy trình sản xuất graphene cụ thể: Graphite được thêm vào hỗn hợp axit hữu cơ loãng, cồn và nước, sau đó hỗn hợp được chiếu xạ siêu âm. Axit hoạt động như một "chêm phân tử" để tách các lớp graphene ra khỏi graphite gốc. Thông qua quy trình đơn giản này, một lượng lớn graphene chất lượng cao, chưa phân tán, phân tán trong nước được tạo ra.

03 Điều chế Tấm Graphene
Một lượng lớn tấm graphene tinh khiết đã được điều chế thành công trong quá trình sản xuất vật liệu nano composite TiO2 graphene phi stoichiometric bằng cách thủy phân nhiệt một hỗn dịch các tấm nano graphene và phức chất peroxide titanium dioxide. Các tấm nano graphene tinh khiết được tạo ra từ graphite tự nhiên bằng cách sử dụng một trường cavitation cường độ cao được tạo ra bởi một bộ xử lý siêu âm trong một lò phản ứng siêu âm áp suất cao ở 5 bar. Các tấm graphene thu được có diện tích bề mặt riêng cao và các đặc tính điện tử độc đáo và có thể được sử dụng làm chất mang tốt cho TiO2 để cải thiện hoạt tính quang xúc tác. Chất lượng của graphene được điều chế bằng siêu âm cao hơn nhiều so với graphene thu được bằng phương pháp Hummer, trong đó graphite được tách lớp và oxy hóa. Vì các điều kiện vật lý bên trong lò phản ứng siêu âm có thể được kiểm soát chính xác và bằng cách giả định rằng nồng độ graphene làm chất pha tạp sẽ thay đổi trong khoảng từ 1-0,001%, nên có thể sản xuất graphene trong một hệ thống liên tục ở quy mô thương mại.

04 Xử lý graphene oxide bằng siêu âm
Quy trình điều chế các lớp graphene oxide (GO) bằng cách chiếu xạ siêu âm. Hai mươi lăm miligam bột graphene oxide được hòa tan trong 200 mililit nước khử ion. Một hỗn dịch màu nâu không đồng nhất đã thu được bằng cách khuấy. Hỗn dịch thu được được xử lý bằng siêu âm (30 phút, 1.3×105J) và sau khi sấy khô (373K), graphene oxide được xử lý bằng siêu âm đã được điều chế. Phổ FTIR cho thấy việc xử lý bằng siêu âm không làm thay đổi các nhóm chức năng của graphene oxide.

05 Chức năng hóa các tấm graphene
Xu và Suslick (2011) đã mô tả một phương pháp một bước để điều chế graphite chức năng hóa polystyrene. Trong nghiên cứu của họ, họ đã sử dụng các vảy graphite và styrene làm nguyên liệu thô cơ bản. Bằng cách siêu âm các vảy graphite trong styrene (monomer phản ứng), chiếu xạ siêu âm đã dẫn đến sự tách lớp cơ học của các vảy graphite thành các vảy graphene đơn lớp và vài lớp. Đồng thời, chức năng hóa các tấm graphene bằng các chuỗi polystyrene đã đạt được. Quá trình chức năng hóa tương tự cũng có thể được thực hiện với các monome vinyl của các vật liệu composite gốc graphene khác.

06 Điều chế Nanoscrolls Carbon
Nanoscrolls carbon tương tự như ống nano carbon đa vách. Sự khác biệt với ống nano carbon đa vách là các đầu hở và khả năng tiếp cận hoàn toàn bề mặt bên trong với các phân tử khác. Chúng được tổng hợp bằng hóa học ướt bằng cách xen kẽ graphite với kali, tách lớp trong nước và xử lý siêu âm hỗn dịch keo. Siêu âm hỗ trợ việc cuộn các lớp graphene đơn thành ống nano carbon với hiệu suất chuyển đổi lên đến 80% làm cho việc sản xuất ống nano trở thành một chủ đề nóng cho các ứng dụng thương mại.

07 Phân tán Graphene
Mức độ phân tán của graphene và graphene oxide là cực kỳ quan trọng để khai thác toàn bộ tiềm năng của graphene và các đặc tính cụ thể của nó. Nếu graphene không được phân tán trong các điều kiện được kiểm soát, tính đa phân tán của sự phân tán graphene có thể dẫn đến các hiệu ứng không thể đoán trước hoặc không lý tưởng khi được kết hợp vào một thiết bị, vì các tính chất của graphene thay đổi theo các thông số cấu trúc của nó. Sonication là một phương pháp xử lý đã được chứng minh có thể làm suy yếu các lực liên lớp và cho phép kiểm soát chính xác các thông số xử lý quan trọng. "Đối với graphene oxide (GO), thường được tách lớp dưới dạng các tấm đơn lớp, một trong những thách thức đa phân tán chính là do sự thay đổi về diện tích ngang của các vảy. Bằng cách thay đổi nguyên liệu graphene và các điều kiện sonication, kích thước ngang trung bình của GO có thể được chuyển từ 400nm đến 20μm. Sự phân tán siêu âm của graphene đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu khác để tạo ra các hỗn dịch keo mịn và đồng đều."