¿Cómo dispersar el grafeno con una máquina homogeneizadora ultrasónica?

¿Cómo dispersar el grafeno con una máquina homogeneizadora ultrasónica?

Dado que se conocen las propiedades especiales del grafito, se han desarrollado varios métodos para su preparación. Además de la producción química de grafeno a partir de óxido de grafeno en un proceso de varios pasos, se requieren agentes oxidantes y reductores muy fuertes. Además, el grafeno preparado en estas duras condiciones químicas a menudo contiene una gran cantidad de defectos incluso después de la reducción en comparación con el grafeno obtenido por otros métodos. Sin embargo, el ultrasonido es un método alternativo probado que puede producir grandes cantidades de grafeno de alta calidad. Los métodos desarrollados por los investigadores que utilizan ultrasonido varían ligeramente, pero en general, la producción de grafeno se puede completar en un solo paso.

01 Exfoliación directa de grafeno
El ultrasonido puede preparar grafeno en disolventes orgánicos, soluciones de surfactante/acuosas o líquidos iónicos. Esto significa que se puede evitar el uso de agentes oxidantes o reductores fuertes. Stankovich et al. (2007) produjeron grafeno por exfoliación con ultrasonido. El tratamiento ultrasónico de una solución de óxido de grafeno con una concentración de 1 mg/ml, las imágenes AFM muestran que siempre hay escamas con un grosor uniforme (1 nm), y no hay escamas de grafeno con un grosor mayor a 1 nm o menor a 1 nm en estas buenas muestras de exfoliación de óxido de grafeno. Se concluye que en estas condiciones, se logra la exfoliación completa del óxido de grafeno para obtener escamas individuales de óxido de grafeno.

02 Tratamiento ultrasónico de grafeno...

Para dar un ejemplo de un proceso específico de producción de grafeno: Se agrega grafito a una mezcla de ácido orgánico diluido, alcohol y agua, y luego la mezcla se expone a radiación ultrasónica. El ácido actúa como una "cuña molecular" para separar las láminas de grafeno del grafito original. A través de este simple proceso, se produce una gran cantidad de grafeno de alta calidad, no disperso, disperso en agua.

03 Preparación de láminas de grafeno
Se prepararon con éxito una gran cantidad de láminas de grafeno puro en el proceso de producción de nanocompuestos de TiO2-grafeno no estequiométricos mediante la hidrólisis térmica de una suspensión de nanohojas de grafeno y complejos de peróxido de dióxido de titanio. Las nanohojas de grafeno puro se fabricaron a partir de grafito natural utilizando un campo de cavitación de alta intensidad generado por un procesador ultrasónico en un reactor ultrasónico de alta presión a 5 bar. Las láminas de grafeno resultantes tienen una alta área superficial específica y propiedades electrónicas únicas y pueden utilizarse como un buen portador para el TiO2 para mejorar la actividad fotocatalítica. La calidad del grafeno preparado por ultrasonido es mucho mayor que la obtenida por el método de Hummer, en el que el grafito se exfolia y se oxida. Dado que las condiciones físicas dentro del reactor ultrasónico se pueden controlar con precisión y asumiendo que la concentración de grafeno como dopante variará en el rango de 1-0,001%, es posible producir grafeno en un sistema continuo a escala comercial.

04 Tratamiento ultrasónico de óxido de grafeno
Proceso de preparación de capas de óxido de grafeno (GO) mediante irradiación ultrasónica. Se suspendieron veinticinco miligramos de polvo de óxido de grafeno en 200 mililitros de agua desionizada. Se obtuvo una suspensión marrón heterogénea mediante agitación. La suspensión resultante se trató con ultrasonido (30 minutos, 1,3×105J) y después del secado (373K), se preparó óxido de grafeno tratado con ultrasonido. La espectroscopia FTIR mostró que el tratamiento ultrasónico no cambió los grupos funcionales del óxido de grafeno.

05 Funcionalización de láminas de grafeno
Xu y Suslick (2011) describieron un método de un solo paso para la preparación de grafito funcionalizado con poliestireno. En su estudio, utilizaron escamas de grafito y estireno como materias primas básicas. Al ultrasonicar escamas de grafito en estireno (monómero reactivo), la irradiación ultrasónica condujo a la exfoliación mecanoquímica de las escamas de grafito en escamas de grafeno de una sola capa y de pocas capas. Al mismo tiempo, se logró la funcionalización de las láminas de grafeno con cadenas de poliestireno. El mismo proceso de funcionalización también se puede llevar a cabo con otros monómeros de vinilo de materiales compuestos a base de grafeno.

06 Preparación de nanoscrolls de carbono
Los nanoscrolls de carbono son similares a los nanotubos de carbono de paredes múltiples. La diferencia con los nanotubos de carbono de paredes múltiples son las puntas abiertas y la accesibilidad total de la superficie interna a otras moléculas. Se sintetizan por vía húmeda-química mediante la intercalación de grafito con potasio, la exfoliación en agua y el tratamiento ultrasónico de la suspensión coloidal. El enrollamiento asistido por ultrasonido de monocapas de grafeno en nanotubos de carbono con una eficiencia de conversión de hasta el 80% hace que la producción de nanotubos sea un tema candente para aplicaciones comerciales.

07 Dispersiones de grafeno
El grado de dispersión del grafeno y el óxido de grafeno es extremadamente importante para explotar todo el potencial del grafeno y sus propiedades específicas. Si el grafeno no se dispersa en condiciones controladas, la polidispersidad de la dispersión de grafeno puede conducir a efectos impredecibles o no ideales una vez incorporado en un dispositivo, ya que las propiedades del grafeno varían con sus parámetros estructurales. La sonicación es un método de tratamiento probado que puede debilitar las fuerzas intercapas y permite un control preciso de los parámetros de procesamiento importantes. "Para el óxido de grafeno (GO), que normalmente se exfolia como láminas de una sola capa, uno de los principales desafíos de la polidispersidad se debe a la variación en el área lateral de las escamas. Al variar la materia prima de grafeno y las condiciones de sonicación, el tamaño lateral promedio de GO se puede desplazar de 400 nm a 20 μm. La dispersión ultrasónica de grafeno se ha demostrado en muchos otros estudios para producir suspensiones coloidales finas e incluso."