超声波分散在石墨烯制备中的作用

时间：2022-01-11

超声波分散是从石墨片或颗粒中生产石墨烯层的可靠方法。其他常见的分散技术（如球磨机、辊磨机或高剪切混合器）容易受到腐蚀性试剂和溶剂的使用的影响。超声波分散技术可以很好地克服这个问题，有效地制备石墨烯材料。

超声波石墨烯分散

超声波分散会将石墨烯在液体中转化为分散状态，即由于超声波振动的作用而对固体或流体进行精细或**细的超声波研磨。由于在液体介质中产生的超声波场的特殊性，超声波分散提供了高度分散均匀的化学纯悬浮液（粒径小于1μm）。

超声制备石墨烯的原理

超声制备石墨烯是基于空化效应的，因此石墨烯内部的**结构不会被破坏。超声波空化可以通过大功率超声波产生高频振幅。大功率超声波可用于液体处理，如混合、乳化、分散和去团聚或研磨。当液体以高强度超声处理时，传播到液体介质中的声波会引起交替的高压（压缩）和低压（反射）循环，速率取决于频率。在低压循环中，高强度超声波会在液体中产生小的真空气泡或空隙。当气泡达到无法吸收能量的体积时，它们在高压循环中剧烈坍塌。这种现象称为气蚀。

空穴现象

超声波分散设备将高频振动传递到液体中，并且施加这种机械应力可以分离石墨烯颗粒的团聚。当液体被超声波处理时，传播到液体介质中的声波导致高压（压缩）和低压（反射）交替循环。液体中的超声波空化可导致高达1000 km / h（约600 mph）的高速液体射流。这种射流在颗粒之间的高压下挤压液体，并将石墨烯彼此分离。较小的颗粒会随着液体射流而加速并高速碰撞。高速碰撞产生的高强度冲击波不断作用在石墨体表面，石墨会反射并产生拉伸应力。当大量微气泡爆裂时，石墨片之间的拉伸应力会不断增加，石墨烯片会逐渐剥落。

石墨烯的去角质和分散

如果要将石墨烯用作材料，首先必须将石墨烯均匀分散到配方中。由于石墨烯是疏水性的，因此在没有表面活性剂或分散剂的情况下很难获得高浓度的石墨烯分散体。

石墨烯纳米片（GNP）可以通过大功率超声波处理在溶剂中去除石墨来制成。超声去角石墨烯可与生物聚合物官能化，得到水分散石墨烯。通过超声波空化，合成的石墨烯可以进一步加工成稳定的水基分散体。当石墨烯纳米混合成液体时，很容易团聚。超声分散可以打破石墨烯在水中团聚和非水悬浮液，并能充分发挥纳米材料的潜力。

氧化石墨烯是水溶性的，可以很容易地分散成稳定的胶体。超声波去角质和分散是一种非常有效，快速且具有成本效益的方法，可以在工业规模上合成，分散和功能化氧化石墨烯。为了控制氧化石墨烯（GO）纳米片的尺寸，剥落方法起着关键作用。由于其精确可控的工艺参数，超声波剥离是生产优质石墨烯和氧化石墨烯中应用较广泛的分层技术。

石墨烯

超声波辅助液体去角质

液体去角质（LPE）是去除石墨烯薄片的有效方法。主要原理是在特定的溶剂或表面活性剂中加入石墨或氧化石墨作为原料，搅拌热插层，形成石墨烯预处理液，然后利用大功率超声波装置发出的超声波将石墨烯从石墨表面剥离。出来。

液相剥离法

超声波辅助石墨烯剥落的主要影响因素是超声波的空化和高剪切力。超声波处理过程中的气蚀导致分散在溶剂中的石墨被粉碎。超声波的剪切力可以使溶剂形成微射流，冲击石墨表面，促进石墨层之间的分离。

概括

大功率超声系统可用于石墨烯和氧化石墨烯的剥离、分散和制备。可靠的超声波处理器和先进的反应器可以提供石墨烯加工所需的动力，并精确控制加工条件，从而使超声波加工结果能够精确地调整到所需的加工目标。

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