Deutsch
|
| Frequenz: | |
|---|---|
| Leistung: | |
| Material: | |
| Generator: | |
| Menge: | |
RPS-SONO20
Rps-Sonic
RPS-SONO20
20-kHz-Ultraschalldispersion von Graphen-Nanoplättchen
Graphen verfügt aufgrund seiner einzigartigen Struktur über hervorragende mechanische Eigenschaften und gilt als ideale Verstärkung von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen. Aufgrund seiner großen spezifischen Oberfläche liegt es jedoch immer in Agglomeratform vor und muss daher vor der Kombination mit einer Matrix zunächst dispergiert werden. Die Ultraschallbehandlung gilt als die effektivste Methode. In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen von Parametern der Spitzenultraschallbehandlung, wie Ultraschallzeit, Ultraschallleistung, Lösungsmittelart und deren Temperatur, auf die Dispersion und Struktur von Graphen-Nanoplättchen (GNPs) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung der Ultraschallzeit oder Ultraschallleistung die Dispersions- und Exfoliationseffekte von GNPs verstärken, gleichzeitig aber auch den Fragmentierungsgrad und den Unordnungsgrad der C-Atom-Verteilung erhöhen kann. Lösungsmittel mit niedriger Temperatur, niedriger Viskosität oder hoher Oberflächenspannung haben ähnliche Auswirkungen wie eine Erhöhung der Ultraschallzeit oder -leistung. Bei Leitungswasser, einem Lösungsmittel mit hoher Oberflächenspannung, weist es jedoch aufgrund der Hydrophilie der GNPs einen relativ geringen Fragmentierungsgrad und gute Dispersions- und Peelingeffekte auf. Allerdings ist Ethylalkohol ein besser geeignetes Lösungsmittel, da es neben einer guten Dispersionswirkung eine ausgezeichnete Flüchtigkeit und inerte Reaktionseigenschaften mit GNPs und Matrixlegierungen aufweist. Die GNPs können den erwarteten Status erreichen, wenn sie 4 Stunden lang bei einer Leistung von 960 W in EA-Lösungsmittel bei 35 °C mit Ultraschall behandelt werden.
Prinzip der Ultraschall-Graphen-Dispersion
Es gibt zwei Arten von Ultraschallgeräten: Spitzen- und Badbeschaller. Die Leistung des Spitzenbeschallers ist immer höher als die des Badbeschallers, und daher ist der Spitzenbeschaller bei der Dispergierung unter den gleichen Bedingungen viel effizienter als der Badbeschaller. Die meisten Untersuchungen betonen jedoch die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der erzielten graphenverstärkten Verbundwerkstoffe. Für die Herstellung der Verbundwerkstoffe, insbesondere für die Dispersion von Graphen, wurde nur eine Reihe von Parametern bereitgestellt, und die detaillierten Auswirkungen der Parameter wie Ultraschallpulver und -zeit, Viskosität, Oberflächenspannung und Temperatur der Lösungsmittel auf die Graphendispersion sind noch unklar. Daher sind die in ihrer Untersuchung verwendeten Parameter möglicherweise nicht optimal und die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe sind aufgrund der daraus resultierenden inhomogenen Verteilung von Graphen unbefriedigend. Frühere Untersuchungen deuteten darauf hin, dass die Ultraschallbehandlung zwar GNP-Agglomerate zerstreuen, aber gleichzeitig auch zu einer Fragmentierung führen könnte. Die Fragmentierung verringert nicht nur das Aspektverhältnis von Graphen und verringert seine Lastübertragungseffizienz und beeinträchtigt somit seine verstärkende Rolle, sondern erhöht auch die Zahl der C-Atome mit freien Bindungen am Rand der GNPs; Solche C-Atome haben immer eine hohe chemische Aktivität und können leicht mit Matrixlegierungselementen reagieren, um spröde Karbide an der Graphen/Matrix-Grenzfläche zu bilden, was auch die stärkende Rolle von GNPs beeinträchtigt. Darüber hinaus deuten einige Untersuchungen darauf hin, dass sich während der Ultraschallbehandlung Leerstellen bilden könnten und die Strukturintegrität von Graphen dann zerstört wird und somit auch die verstärkende Rolle abnimmt. Cheng et al. fanden heraus, dass die Ultraschalldispersion von Kohlenstoffnanoröhren von den physikalischen Eigenschaften des Lösungsmittels wie Dampfdruck, Viskosität und Oberflächenspannung abhängt. Darüber hinaus ist der Anstieg der Lösungsmitteltemperatur ein häufiges Phänomen bei der Ultraschallbehandlung, und der Dampfdruck eines Lösungsmittels steht in engem Zusammenhang mit seiner Temperatur, dh die Lösungsmitteltemperatur kann auch die Dispersion von Graphen beeinflussen. Allerdings liegen hierzu leider keine Untersuchungen vor.
Zweck der Graphendispersion
In der Natur gibt es viele Graphitmaterialien, und Graphit mit einer Dicke von 1 mm enthält etwa 3 Millionen Graphenschichten. Als Graphen wird einschichtiger Graphit bezeichnet, der nicht im freien Zustand vorliegt und in Form von Graphitplatten vorliegt, die mit mehreren Graphenschichten laminiert sind. Da die Zwischenschichtkraft der Graphitschicht schwach ist, kann sie durch äußere Kraft Schicht für Schicht abgeblättert werden, wodurch ein einschichtiges Graphen mit einer Dicke von nur einem Kohlenstoffatom erhalten wird.
Parameter
Modell |
SONO20-1000 |
SONO20-2000 |
SONO15-3000 |
SONO20-3000 |
Frequenz |
20 ± 0,5 kHz |
20 ± 0,5 kHz |
15 ± 0,5 kHz |
20 ± 0,5 kHz |
Leistung |
1000 W |
2000 W |
3000 W |
3000 W |
Stromspannung |
220/110V |
220/110V |
220/110V |
220/110V |
Temperatur |
300 ℃ |
300 ℃ |
300 ℃ |
300 ℃ |
Druck |
35 MPa |
35 MPa |
35 MPa |
35 MPa |
Intensität des Klangs |
20 W/cm² |
40 W/cm² |
60 W/cm² |
60 W/cm² |
Maximale Kapazität |
10 l/Min |
15 L/Min |
20 L/Min |
20 L/Min |
Spitzenkopfmaterial |
Titanlegierung |
Titanlegierung |
Titanlegierung |
Titanlegierung |
