Le rôle de la dispersion ultrasonore dans la préparation du graphène
La dispersion par ultrasons est une méthode fiable pour produire des couches de graphène à partir de paillettes ou de particules de graphite. D'autres techniques de dispersion courantes (telles que les broyeurs à boulets, les broyeurs à rouleaux ou les mélangeurs à cisaillement élevé) sont sensibles à l'utilisation de réactifs et de solvants agressifs. La technologie de dispersion par ultrasons peut bien surmonter ce problème et préparer efficacement des matériaux de graphène.
Dispersion de graphène par ultrasons
La dispersion par ultrasons transformera le graphène dans le liquide en un état dispersé, c'est-à-dire un broyage par ultrasons fin ou ultra-fin de solides ou de fluides en raison de l'effet des vibrations ultrasonores. En raison de la particularité du champ ultrasonore généré dans le milieu liquide, la dispersion ultrasonore fournit une suspension uniforme et chimiquement pure hautement dispersée (taille des particules inférieure à 1 µm).
Le principe de la préparation par ultrasons du graphène
La préparation par ultrasons du graphène est basée sur l'effet de cavitation, de sorte que la structure quantique à l'intérieur du graphène ne sera pas détruite. La cavitation ultrasonique peut générer une amplitude haute fréquence grâce à des ultrasons de haute puissance. Les ultrasons à haute puissance peuvent être utilisés pour le traitement des liquides, comme le mélange, l'émulsification, la dispersion et la désagglomération ou le broyage. Lorsque le liquide est soniqué à haute intensité, les ondes sonores se propageant dans le milieu liquide provoquent une alternance de cycles haute pression (compression) et basse pression (réflexion), la vitesse étant fonction de la fréquence. Dans le cycle à basse pression, les ultrasons à haute intensité créeront de petites bulles de vide ou des vides dans le liquide. Lorsque les bulles atteignent un volume qui ne peut pas absorber d'énergie, elles s'effondrent violemment pendant le cycle à haute pression. Ce phénomène est appelé cavitation.
Cavitation
L'équipement de dispersion à ultrasons transmettra des vibrations à haute fréquence dans le liquide, et l'application de cette contrainte mécanique peut séparer l'agglomération des particules de graphène. Lorsque le liquide est traité par ultrasons, les ondes sonores se propageant dans le milieu liquide font alterner haute pression (compression) et basse pression (réflexion). La cavitation ultrasonique dans le liquide peut provoquer des jets de liquide à grande vitesse jusqu'à 1000 km/h (environ 600 mph). Ce jet comprime le liquide à haute pression entre les particules et sépare le graphène les uns des autres. Les particules plus petites accéléreront avec le jet de liquide et entreront en collision à grande vitesse. L'onde de choc à haute résistance générée par la collision à grande vitesse agit en continu sur la surface du corps en graphite, et le graphite se réfléchira et générera une contrainte de traction. Lorsqu'un grand nombre de microbulles éclate, la contrainte de traction entre les paillettes de graphite va continuer à augmenter et les paillettes de graphène vont progressivement se décoller.
Exfoliation et dispersion du graphène
Si le graphène doit être utilisé comme matériau, le graphène doit d'abord être uniformément dispersé dans la formulation. Le graphène étant hydrophobe, il est difficile d'obtenir des dispersions de graphène à haute concentration sans tensioactifs ou dispersants.
Les nanofeuillets de graphène (PNB) peuvent être fabriqués en exfoliant du graphite dans un solvant par traitement aux ultrasons à haute puissance. Le graphène exfolié par ultrasons peut être fonctionnalisé avec des biopolymères pour obtenir du graphène dispersible dans l'eau. Grâce à la cavitation ultrasonique, le graphène synthétisé peut être transformé davantage en une dispersion stable à base d'eau. Il est facile à agglomérer lorsque des nanomètres de graphène sont mélangés dans un liquide. La dispersion par ultrasons peut briser le graphène aggloméré dans l'eau et les suspensions non aqueuses, et peut exercer tout le potentiel des nanomatériaux.
L'oxyde de graphène est soluble dans l'eau et peut être facilement dispersé dans un colloïde stable. L'exfoliation et la dispersion par ultrasons est une méthode très efficace, rapide et rentable qui peut synthétiser, disperser et fonctionnaliser l'oxyde de graphène à l'échelle industrielle. Afin de contrôler la taille des nanofeuillets d'oxyde de graphène (GO), la méthode d'exfoliation joue un rôle clé. En raison de ses paramètres de processus précis et contrôlables, le pelage par ultrasons est la technique de stratification la plus largement utilisée dans la production de graphène et d'oxyde de graphène de haute qualité.
Graphène
Gommage liquide assisté par ultrasons
L'exfoliation liquide (LPE) est une méthode efficace pour exfolier les flocons de graphène. Le principe principal est d'ajouter du graphite ou de l'oxyde de graphite comme matière première dans un solvant ou un tensioactif spécifique pour agiter la couche d'intercalation chaude pour former une solution de prétraitement de graphène, puis d'utiliser les ondes ultrasonores émises par un appareil à ultrasons haute puissance pour peler le graphène de la surface du graphite. sortir.
Méthode de peeling en phase liquide
Les principaux facteurs d'influence de l'exfoliation au graphène assistée par ultrasons sont la cavitation des ondes ultrasonores et une force de cisaillement élevée. La cavitation lors du traitement aux ultrasons provoque le broyage du graphite dispersé dans le solvant. La force de cisaillement des ondes ultrasonores peut faire en sorte que le solvant forme des micro-jets pour impacter la surface du graphite et favoriser la séparation entre les couches de graphite.
Résumer
Le système à ultrasons haute puissance peut être utilisé pour le pelage, la dispersion et la préparation du graphène et de l'oxyde de graphène. Des processeurs à ultrasons fiables et des réacteurs avancés peuvent fournir la puissance requise pour le traitement du graphène et contrôler avec précision les conditions de traitement, de sorte que les résultats du traitement par ultrasons puissent être ajustés avec précision aux cibles de traitement requises.
