20Khz ultralydsspredning af grafen nanoplader

20Khz ultralydsspredning af grafen nanoplader

Grafen har fremragende mekaniske egenskaber på grund af sin unikke struktur og betragtes som en ideel forstærkning af metalmatrix-kompositter. Det er dog altid i en agglomereret form på grund af dets store specifikke overfladeareal, og derfor skal det først dispergeres før det kombineres med en matrix, og ultralydsbehandling anses for at være den mest effektive måde. I dette arbejde blev virkningerne af parametre for spids-ultralydsbehandling, såsom ultralydstid, ultralydseffekt, opløsningsmiddeltype og dets temperatur, på spredning og struktur af grafen-nanoplader (GNP'er) undersøgt. Resultaterne viser, at øget ultralydstid eller ultralydskraft kan øge sprednings- og eksfolieringseffekterne af GNP'er, men også øge fragmenteringsgraden og uordensgraden af ​​C-atomfordelingen samtidigt. Opløsningsmidler med lav temperatur, lav viskositet eller høj overfladespænding har lignende virkninger som øget ultralydstid eller -effekt. For postevand, et opløsningsmiddel med høj overfladespænding, har det imidlertid relativt lav fragmenteringsgrad og gode sprednings- og eksfolieringseffekter på grund af GNP'ernes hydrofilicitet. Ethylalkohol er imidlertid et mere egnet opløsningsmiddel, fordi det har fremragende flygtighed og inerte reaktionsegenskaber med BNP'er og matrixlegeringer udover en god spredningseffekt. BNP'erne kan opnå den forventede status, når de ultralydsbehandles i 4 timer under en effekt på 960 W i EA opløsningsmiddel ved 35 °C.

Princippet for ultralyds grafendispersion
Der er to typer ultralydsudstyr, spids- og bad-sonicator. Effekten af ​​spids-sonicatoren er altid højere end den af ​​badet, og derfor er spids-sonicatoren meget mere effektiv til spredning end bad-sonicatoren under de samme betingelser. Imidlertid understreger de fleste undersøgelser mikrostrukturen og de mekaniske egenskaber af de opnåede grafenforstærkede kompositter. Hvad angår fremstillingen af ​​kompositterne, især til spredningen af ​​grafen, blev der kun givet et sæt parametre, og de detaljerede virkninger af parametrene, såsom ultralydspulveret og tid, viskositeten, overfladespændingen og temperaturen af ​​opløsningsmidlerne på grafendispersionen, er stadig uklare. Derfor er de anvendte parametre i deres undersøgelse muligvis ikke de optimale, og de mekaniske egenskaber af kompositterne er utilfredsstillende på grund af den resulterende inhomogene fordeling af grafen. Tidligere undersøgelser indikerede, at ultralydsbehandling kunne sprede BNP-agglomerater, men samtidig føre dem til fragmentering. Fragmenteringen reducerer ikke kun billedformatet af grafen og reducerer dets belastningsoverførselseffektivitet og forringer dermed dets styrkende rolle, men øger også C-atomer med dinglende bindinger ved kanten af ​​BNP'er; sådanne C-atomer har altid høj kemisk aktivitet og kan let reagere med matrix-legerende elementer for at danne skøre carbider ved grafen/matrix-grænsefladen, hvilket også forringer BNP'ernes styrkende rolle. Derudover har nogle undersøgelser antydet, at der kan opstå ledige stillinger under ultralydsbehandling, og grafens strukturintegritet blev derefter ødelagt, og dermed blev den styrkende rolle også reduceret. Cheng et al. fandt, at ultralydspredningen af ​​kulstofnanorør var afhængig af opløsningsmidlets fysiske egenskaber såsom damptryk, viskositet og overfladespænding. Desuden er stigning i opløsningsmiddeltemperatur et almindeligt fænomen under ultralydsbehandling, og damptrykket af et opløsningsmiddel har et tæt forhold til dets temperatur, dvs. opløsningsmiddeltemperaturen kan også påvirke spredningen af ​​grafen. Men desværre er der ingen undersøgelser af disse aspekter.

Formål med grafenspredning
Der er mange grafitmaterialer i naturen, og grafit med en tykkelse på 1 mm indeholder omkring 3 millioner lag grafen. Enkeltlagsgrafit kaldes grafen, som ikke findes i fri tilstand, og det findes i form af grafitplader lamineret med flere lag grafen. Da grafitpladens mellemlagskraft er svag, kan den eksfolieres lag for lag ved ydre kraft, hvorved der opnås en enkeltlagsgrafen med en tykkelse på kun et kulstofatom.

Parameter