Como dispersar o grafeno com uma máquina homogeneizadora ultrassônica?

Como dispersar o grafeno com uma máquina homogeneizadora ultrassônica?

Como as propriedades especiais do grafite são conhecidas, vários métodos para sua preparação foram desenvolvidos. Além da produção química de grafeno a partir de óxido de grafeno em um processo de várias etapas, são necessários agentes oxidantes e redutores muito fortes. Além disso, o grafeno preparado sob essas condições químicas severas geralmente contém um grande número de defeitos, mesmo após a redução, em comparação com o grafeno obtido por outros métodos. No entanto, o ultrassom é um método alternativo comprovado que pode produzir grandes quantidades de grafeno de alta qualidade. Os métodos desenvolvidos por pesquisadores usando ultrassom variam ligeiramente, mas, em geral, a produção de grafeno pode ser concluída em apenas uma etapa.

01 Exfoliação direta do grafeno
O ultrassom pode preparar grafeno em solventes orgânicos, soluções de surfactante/aquosas ou líquidos iônicos. Isso significa que o uso de agentes oxidantes ou redutores fortes pode ser evitado. Stankovich et al. (2007) produziram grafeno por exfoliação sob ultrassom. O tratamento ultrassônico de uma solução de óxido de grafeno com uma concentração de 1mg/ml, as imagens de AFM mostram que sempre há flocos com espessura uniforme (1nm), e não há flocos de grafeno com espessura maior que 1nm ou menor que 1nm nessas boas amostras de exfoliação de óxido de grafeno. Conclui-se que, nessas condições, a exfoliação completa do óxido de grafeno para obter flocos únicos de óxido de grafeno é alcançada.

02 Tratamento ultrassônico de grafeno...

Para dar um exemplo de um processo específico de produção de grafeno: o grafite é adicionado a uma mistura de ácido orgânico diluído, álcool e água, e a mistura é então exposta à radiação ultrassônica. O ácido atua como uma "cunha molecular" para separar as folhas de grafeno do grafite original. Por meio desse processo simples, uma grande quantidade de grafeno não disperso e de alta qualidade disperso em água é produzida.

03 Preparação de Folhas de Grafeno
Uma grande quantidade de folhas de grafeno puro foi preparada com sucesso no processo de produção de nanocompósitos de grafeno TiO2 não estequiométricos por hidrólise térmica de uma suspensão de nano-folhas de grafeno e complexos de peróxido de dióxido de titânio. As nano-folhas de grafeno puro foram feitas de grafite natural usando um campo de cavitação de alta intensidade gerado por um processador ultrassônico em um reator ultrassônico de alta pressão a 5 bar. As folhas de grafeno resultantes têm uma alta área superficial específica e propriedades eletrônicas únicas e podem ser usadas como um bom suporte para TiO2 para melhorar a atividade fotocatalítica. A qualidade do grafeno preparado por ultrassom é muito maior do que a obtida pelo método Hummer, no qual o grafite é exfoliado e oxidado. Como as condições físicas dentro do reator ultrassônico podem ser precisamente controladas e assumindo que a concentração de grafeno como dopante variará na faixa de 1-0,001%, é possível produzir grafeno em um sistema contínuo em escala comercial.

04 Tratamento ultrassônico de óxido de grafeno
Processo de preparação de camadas de óxido de grafeno (GO) usando irradiação ultrassônica. Vinte e cinco miligramas de pó de óxido de grafeno foram suspensos em 200 mililitros de água deionizada. Uma suspensão marrom heterogênea foi obtida por agitação. A suspensão resultante foi tratada por ultrassom (30 minutos, 1,3×105J) e, após secagem (373K), o óxido de grafeno tratado por ultrassom foi preparado. A espectroscopia FTIR mostrou que o tratamento ultrassônico não alterou os grupos funcionais do óxido de grafeno.

05 Funcionalização de folhas de grafeno
Xu e Suslick (2011) descreveram um método de uma etapa para a preparação de grafite funcionalizado com poliestireno. Em seu estudo, eles usaram flocos de grafite e estireno como matérias-primas básicas. Ao ultrassom de flocos de grafite em estireno (monômero reativo), a irradiação ultrassônica levou à exfoliação mecanoquímica de flocos de grafite em flocos de grafeno de camada única e de poucas camadas. Ao mesmo tempo, a funcionalização de folhas de grafeno com cadeias de poliestireno foi alcançada. O mesmo processo de funcionalização também pode ser realizado com outros monômeros de vinil de materiais compósitos à base de grafeno.

06 Preparação de Nanoscrolls de Carbono
Os nanoscrolls de carbono são semelhantes aos nanotubos de carbono de parede múltipla. A diferença com os nanotubos de carbono de parede múltipla são as pontas abertas e a acessibilidade total da superfície interna a outras moléculas. Eles são sintetizados por via úmida-química por intercalação de grafite com potássio, exfoliação em água e tratamento ultrassônico da suspensão coloidal. O enrolamento assistido por ultrassom de monocamadas de grafeno em nanotubos de carbono com uma eficiência de conversão de até 80% torna a produção de nanotubos um tópico quente para aplicações comerciais.

07 Dispersões de Grafeno
O grau de dispersão do grafeno e do óxido de grafeno é extremamente importante para explorar todo o potencial do grafeno e suas propriedades específicas. Se o grafeno não for disperso sob condições controladas, a polidispersidade da dispersão de grafeno pode levar a efeitos imprevisíveis ou não ideais uma vez incorporados em um dispositivo, pois as propriedades do grafeno variam com seus parâmetros estruturais. A sonicação é um método de tratamento comprovado que pode enfraquecer as forças intercamadas e permite o controle preciso de parâmetros importantes de processamento. "Para o óxido de grafeno (GO), que é tipicamente exfoliado como folhas de camada única, um dos principais desafios de polidispersidade é devido à variação na área lateral dos flocos. Ao variar a matéria-prima de grafeno e as condições de sonicação, o tamanho lateral médio do GO pode ser deslocado de 400nm para 20μm. A dispersão ultrassônica de grafeno foi demonstrada em muitos outros estudos para produzir suspensões coloidais finas e uniformes."