Dispersi Grafena Ultrasonik

 

Memperkenalkan:

Dispersi grafena ultrasonik, yang juga dikenal sebagai pengelupasan grafena ultrasonik, menggunakan metode pengurangan oksida grafena, dikombinasikan dengan getaran ultrasonik, untuk secara efektif meningkatkan jarak antar lapisan oksida grafena. Oksida grafena dengan jarak antar lapisan yang lebih besar tidak hanya memfasilitasi penyisipan molekul, atom, dll. lainnya ke dalam lapisan untuk membentuk material komposit yang disisipkan oksida grafena, tetapi juga mudah dikelupas menjadi oksida grafena lapisan tunggal, yang menjadi dasar untuk persiapan lebih lanjut dari grafena lapisan tunggal.

 

 

Prinsip:

Peralatan dispersi grafena ultrasonik memanfaatkan efek kavitasi dari ultrasonik untuk menyebarkan partikel yang menggumpal. Ini melibatkan penempatan suspensi partikel yang dibutuhkan (cairan) ke dalam medan suara yang sangat kuat dan memprosesnya dengan amplitudo ultrasonik yang sesuai. Di bawah efek tambahan seperti kavitasi, suhu tinggi, tekanan tinggi, jet mikro, dan getaran kuat, jarak antar molekul akan terus meningkat, yang pada akhirnya mengarah pada fragmentasi molekuler dan pembentukan struktur molekul tunggal. Produk ini sangat efektif untuk menyebarkan nanomaterial seperti karbon nanotube, grafena, silika, dll.

 

 

Objektif:

Ada banyak material grafit di alam, dan grafit dengan ketebalan 1 milimeter mengandung sekitar 3 juta lapisan grafena. Grafit lapisan tunggal disebut grafena, yang tidak ada dalam keadaan bebas dan ada dalam bentuk lembaran grafena berlapis. Karena gaya antarlapis lembaran grafit yang lemah, lembaran tersebut dapat terkelupas lapis demi lapis melalui gaya eksternal, sehingga menghasilkan grafena lapisan tunggal dengan ketebalan hanya satu atom karbon.

 

 

Metode dispersi umum dan kekurangannya:

 

1. Metode pengelupasan mekanis mikro

Kelupas lembaran grafena langsung dari kristal yang lebih besar menggunakan selotip dan ulangi proses ini terus-menerus.

Gesekan antara material dan grafit pirolitik yang mengembang atau rusak mengakibatkan terbentuknya kristal-kristal flokulan pada permukaan grafit curah, yang mengandung satu lapisan grafena.

Kekurangan: Graphena memiliki hasil rendah, area kecil, kesulitan dalam mengontrol ukuran secara akurat, efisiensi rendah, dan tidak dapat disiapkan dalam skala besar.

2. Metode deposisi uap kimia

Proses memasukkan satu atau lebih zat gas yang mengandung karbon (biasanya gas organik rendah karbon) ke dalam reaktor vakum, menguraikan dan mengkarbonisasi gas yang mengandung karbon (biasanya gas organik rendah karbon) melalui suhu tinggi, dan menumbuhkan unsur karbon pada permukaan substrat.

Kekurangan: Struktur kristal sarang lebah heksagonal dari graphene tidak dapat sepenuhnya digrafitisasi, dan kualitasnya tidak sebaik metode pengelupasan mikrokomputer. Biaya tinggi dan persyaratan peralatan yang ketat membatasi persiapan graphene dalam skala besar, dan penambahan katalis juga mengurangi kemurnian graphene.

3. Metode pertumbuhan berorientasi epitaksial kristal

Salah satu metode adalah menghilangkan Si dengan memanaskan kristal tunggal 6H SiC, sehingga terjadi pertumbuhan epitaksial grafena pada permukaan kristal SiC. Lapisan grafena dan Si bersentuhan, dan konduktivitas grafena ini dipengaruhi oleh substrat; Pendekatan lain adalah memanfaatkan sejumlah kecil karbon dalam kristal tunggal logam, dan melalui pemanasan suhu tinggi di bawah vakum sangat tinggi, elemen karbon di dalam logam mengendapkan grafena pada permukaan kristal tunggal logam.

Kekurangan: Ketebalan lapisan graphene tidak merata, sulit dikontrol, dan graphene yang dihasilkan melekat erat pada substrat, sehingga sulit untuk dikupas, yang dapat memengaruhi karakteristik graphene. Pada saat yang sama, graphene perlu tumbuh dalam kondisi yang sangat keras, yaitu vakum ultra dan suhu tinggi, dengan persyaratan peralatan yang tinggi, sehingga mustahil untuk mencapai persiapan graphene dalam skala besar dan terkendali.

4. Metode reduksi grafit teroksidasi

Grafena teroksidasi umumnya diperoleh melalui oksidasi asam kuat pada grafit. Ada tiga metode utama untuk menyiapkan grafit teroksidasi: metode Brodie, metode Staudenmaier, dan metode Hummers. Di antara metode-metode tersebut, metode Hummers memerlukan penambahan bantuan ultrasonik untuk dispersi grafena.

Fitur: Metode Hummers untuk dispersi grafena: Metode ini sederhana, memakan waktu, memiliki kapasitas pemrosesan yang besar, aman dan bebas polusi, dan saat ini merupakan metode yang paling umum digunakan.

 

 

Keuntungan dispersi grafen ultrasonik:

 

Sistem dispersi grafena ultrasonik menggunakan metode Hummers berbantuan ultrasonik untuk menyiapkan oksida grafena, yang menggunakan cairan sebagai media dan menambahkan getaran ultrasonik frekuensi tinggi ke dalam cairan. Karena ultrasonik merupakan gelombang mekanis yang tidak diserap oleh molekul, maka ultrasonik menyebabkan getaran molekul selama perambatan. Di bawah efek kavitasi, yang mencakup efek tambahan seperti suhu tinggi, tekanan tinggi, pancaran mikro, dan getaran kuat, jarak antar molekul meningkat karena getaran, yang pada akhirnya menyebabkan fragmentasi molekul. Sistem ini secara efektif dapat meningkatkan jarak antar lapisan grafit teroksidasi, dan dengan peningkatan daya ultrasonik, jarak antar lapisan grafit teroksidasi yang diperoleh menunjukkan tren yang meluas.

Tekanan sesaat yang dilepaskan oleh ultrasound memecah gaya van der Waals di antara lapisan graphene, sehingga graphene tidak mudah teragregasi. Jarak antar lapisan graphene oxide yang besar tidak hanya memudahkan penyisipan molekul, atom, dll. lainnya ke dalam lapisan untuk membentuk material komposit yang disisipkan graphene oxide, tetapi juga membuatnya mudah dikupas menjadi graphene oxide satu lapisan, yang menjadi dasar untuk persiapan graphene satu lapisan lebih lanjut.