超聲波分散在石墨烯制備中的作用

發(fā)布時間：2021-05-06 14:49:40 點擊次數(shù)：216

超聲渙散是一種可靠的辦法，能夠從石墨薄片或顆粒中生產(chǎn)出石墨烯層。其他常見的渙散技能（例如球磨機，輥磨機或高剪切混合器）容易遭到運用侵蝕性試劑和溶劑的影響。而超聲波渙散技能能夠很好得戰(zhàn)勝這個問題，高效地制備石墨烯資料。

超聲波石墨烯渙散

超聲波渙散會使液體中的石墨烯轉(zhuǎn)變?yōu)闇o散狀態(tài)，即因為超聲波振蕩效應(yīng)而對固體或流體進行精密或超精密的超聲研磨。因為在液體介質(zhì)中發(fā)生的超聲場的特殊性，超聲渙散供給了高度渙散的均勻，化學(xué)純潔的懸浮液（粒徑小于1μm）。

超聲波制備石墨烯的原理

超聲制備石墨烯是基于空化效應(yīng)，因而不會破壞石墨烯內(nèi)部的量子結(jié)構(gòu)。超聲空化經(jīng)過高功率超聲波，能夠發(fā)生高頻振幅。高功率超聲能夠用于液體的處理，例如混合，乳化，渙散和解聚或研磨。當(dāng)以高強度對液體進行超聲處理時，傳播到液體介質(zhì)中的聲波會導(dǎo)致替換的高壓（緊縮）和低壓（反射）循環(huán)，速率取決于頻率。在低壓循環(huán)中高強度超聲波會在液體中發(fā)生小的真空氣泡或空隙。當(dāng)氣泡到達無法吸收能量的體積時，它們會在高壓循環(huán)中劇烈陷落。這種現(xiàn)象稱為空化。

空化效果

超聲波渙散設(shè)備會將高頻振蕩傳遞到液體中，這種機械應(yīng)力的施加能使石墨烯顆粒的聚會分開。在對液體進行超聲處理時，傳播到液體介質(zhì)中的聲波導(dǎo)致高壓（緊縮）和低壓（反射）循環(huán)替換進行。液體中的超聲空化會導(dǎo)致高達1000 km / h（約600 mph）的高速液體射流。這種射流在顆粒之間以高壓揉捏液體并將石墨烯彼此分離。較小的顆粒會隨著液體射流而加快并高速磕碰。高速磕碰發(fā)生的高強度的沖擊波不斷效果在石墨體表面，石墨會反射并發(fā)生拉應(yīng)力。當(dāng)很多的微氣泡破裂時，石墨薄片之間的拉伸應(yīng)力不斷添加，石墨烯薄片會逐步被剝離。

石墨烯的脫落與渙散

如果要將石墨烯作為資料應(yīng)用，必須先將石墨烯均勻地渙散到配方中。因為石墨烯具有疏水性，在沒有表面活性劑或渙散劑的進行安穩(wěn)的情況下，想取得高濃度的石墨烯渙散體是個困難的事情。

石墨烯納米片（GNP）能夠經(jīng)過大功率超聲處理將石墨在溶劑中剝離而制成。超聲剝離的石墨烯能夠用生物聚合物官能化以取得水渙散性石墨烯。經(jīng)過超聲空化，能夠?qū)⒔M成的石墨烯進一步加工成安穩(wěn)的水基渙散體。將石墨烯納米混入液體中很容易發(fā)生聚會現(xiàn)象，超聲渙散能夠?qū)⒃谒头撬畱腋∫褐芯蹠氖┢扑椋軌虬l(fā)揮納米資料的全部潛能。

氧化石墨烯是水溶性的，能夠輕松地渙散成安穩(wěn)的膠體。超聲波脫落和渙散是一種十分有用，快速且經(jīng)濟高效的辦法，能夠在工業(yè)規(guī)劃上組成，渙散和功能化氧化石墨烯。為了操控氧化石墨烯（GO）納米片的尺度，脫落辦法起著關(guān)鍵效果。因為其精確可控的工藝參數(shù)，超聲剝離是生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯和氧化石墨烯時運用最廣泛的分層技能。

石墨烯

超聲波輔佐液相脫落

液相脫落（LPE）是一種用于石墨烯薄片脫落的有用辦法。首要原理是將石墨或許氧化石墨作為原料加在某種特定的溶劑或許表面活性劑中攪拌熱插層，構(gòu)成石墨烯預(yù)處理液，再憑借大功率超聲設(shè)備發(fā)出的超聲波將石墨烯從石墨表面剝離出來。

液相剝離方法

超聲波輔佐石墨烯脫落影響要素首要是超聲波的空化效果與高剪切力。超聲波處理過程中的空化效果使得渙散在溶劑中的石墨被揉捏破碎。而超聲波的剪切力能使得溶劑構(gòu)成微射流沖擊石墨表面，促進石墨層與層之間的分離。