超音波式グラフェン分散装置は、グラファイトフレークや粒子からグラフェン層を製造するための信頼できる方法です

製品の説明

超音波分散は、黒鉛フレークや粒子からグラフェン層を生成するための信頼性の高い方法です。ボールミル、ロールミル、高せん断混合機などの他の一般的な分散技術では、強力な試薬や溶媒を使用する必要がある場合があります。超音波分散技術はこうした問題を効果的に解決し、グラフェン材料を効率よく調製することが可能です。

製品詳細

超音波グラフェン分散装置
グラファイトのよく知られた特殊な性質により、グラファイトを調製するためのいくつかの方法が開発されてきました。グラフェンは、複雑な化学プロセスを通じて酸化グラフェンから調製され、非常に強い酸化剤および還元剤が添加されます。こうした過酷な化学条件下で生成されたグラフェンは、多くの欠陥を含むことがよくあります。
超音波は、大量の高品質なグラフェンを製造するための有効な代替手法です。グラファイトを希薄な有機酸、アルコールおよび水の混合物に加え、その後超音波照射を行います。この酸は「分子レベルの楔」として働き、親グラファイトからグラフェンシートを分離します。この単純なプロセスによって、大量の未凝集で高品質なグラフェンを水に分散させた状態で製造できます。 d について

グラフェンのイントロダクション

グラフェン分子構造図

グラフェンは、sp²混成軌道を通じて六角形のハチの巣構造のように配列された炭素原子からなる二次元の炭素ナノ材料です。グラフェンの薄い炭素原子層は非結合性相互作用によってグラファイトを形成し、非常に広大な表面積を持っています。
これは宇宙で最も薄い物質であり、かつこれまでに記録された中で最も強い素材でもあります。極めて小さな有効質量（ゼロ）を持つキャリアの非常に高い内部移動度を示し、常温下でマイクロメートル距離にわたって散乱なしに伝播できます。グラフェンは銅よりも6桁高い電流密度に耐えることができ、熱伝導性や硬度においても記録を更新しており、不浸透性でありながら脆性と延性という相反する特性を調和させます。グラフェンにおける電子輸送はディラック方程式に類似した式で記述され、卓上実験において相対論的量子現象の研究が可能になります。

超音波によるグラフェン分散の原理
超音波グラフェン分散装置は、超音波の空洞化効果を利用して凝集体粒子を分散させます。この装置では、必要な粒子サスペンション（液体）を強力な超音波場に置き、適切な超音波振幅で処理します。空洞化、高温、高圧、マイクロストリーミング、強振動などの付加的な効果により、分子間距離が連続的に増加し、最終的に分子切断が起こり、単分子構造が形成されます。この製品は、カーボンナノチューブ、グラフェン、二酸化ケイ素などのナノ材料の分散において特に効果的です。

グラフェン分散の目的
自然界には豊富なグラファイト素材があります。1ミリメートルの厚さのグラファイトシートは、約300万層のグラフェンを含んでいます。単層のグラファイトはグラフェンと呼ばれ、自由状態では独立して存在せず、常に複数層のグラフェンが積み重なったグラファイトフレークとして存在しています。グラファイトシート間の層間力が弱いため、外力によって層ごとに剥がすことができ、厚さが炭素原子1個分しかない単層グラフェンを得ることが可能です。

一般的な分散方法
―マイクロメカニカル剥離法：セロハンテープなどを用いて大きな結晶から直接グラフェンのフレークを剥ぎ取る方法で、このプロセスを繰り返します。熱膨張または欠陥を導入したピロリティックグラファイトに材料をこすりつけることにより、バルクグラファイト表面に単層グラフェンを含むフラーケン状の結晶が形成されます。
欠点：グラフェンの収率が低く、面積が小さく、サイズを正確に制御することが難しく、効率が低いため、大量生産には不向きです。

―化学気相堆積法（CVD）：通常は低炭素系の有機ガスである、一つ以上の炭素含有ガス物質を真空反応装置内に導入し、高温により炭素含有ガスを分解・炭化させる方法です（通常は低炭素系有機ガス）。この過程により基板表面に炭素同素体が成長します。
欠点：グラフェンの六角形ハチの巣状結晶構造により完全な黒鉛化が阻害され、微細機械的剥離法と比較して品質が低下します。高コストで装置条件が厳しく、グラフェンの大量生産が制限されます。また、触媒が必要なためグラフェンの純度が低下します。

--結晶上へのグラフェンのエピタキシャル成長法：一つの方法では、6H-SiCの単結晶を加熱してケイ素を除去し、SiC結晶表面にグラフェンをエピタキシャル成長させる。グラフェン層はシリコン層と接触しており、その導電性は基板の影響を受ける。もう一つの方法では、金属の単結晶中に微量に含まれる炭素成分を利用し、超高真空下での高温アニール処理により、金属単結晶内部の炭素元素が表面にグラフェンとして析出する。

欠点：グラフェン膜の厚さが均一ではなく、制御が難しい。得られたグラフェンは基板に強く付着しているため剥離が難しく、これがグラフェンの特性に影響を与える可能性がある。さらに、成長には超高真空および高温環境が必要であり、極めて厳しい条件が求められ、高度な設備が必要となるため、グラフェンの大規模で制御可能な生産は現実的ではない。

--黒鉛の酸化還元法：黒鉛を酸化して酸化グラフェンを生成するには、通常、強酸処理を行います。酸化グラフェンの主な調製方法は以下の3つです：Brodie法、Staudenmaier法、およびHummers法。Hummers法では、グラフェンを分散させるために超音波処理が必要です。

超音波によるグラフェンの調製
高強度の超音波を液体に照射すると、液体中に伝播した音波によって、高圧（圧縮）と低圧（希薄化）のサイクルが繰り返し生じます。そのサイクル速度は使用される超音波の周波数に依存します。低圧サイクルにおいて、高強度の超音波により液体内部に微小な真空状態の気泡または空孔が生成されます。これらの気泡がエネルギーを吸収しきれなくなるサイズまで成長すると、次に到来する高圧サイクルで急激に崩壊します。この現象はキャビテーションと呼ばれます。このような崩壊（インプランション）の際には、局所的に非常に高い温度（約5,000K）および圧力（約2,000atm）が発生します。また、キャビテーション気泡の崩壊に伴い、最大280m/sに達する液流のジェットも生じます。超音波によるキャビテーションが引き起こす物理的および化学的な変化は、グラフェン作製などの分野にも応用可能です。

超音波分散および解砕

空洞現象による超音波化学は、エネルギーと物質との間でユニークな相互作用を提供します。気泡内部のホットスポットでは約5000Kの温度と約1000barの圧力に達し、加熱および冷却速度は10^10 K/s を超えます。このような特殊な条件により、通常アクセスできない範囲の化学反応場を利用可能にし、さまざまな異常なナノ構造材料の合成を可能にしています。

グラフェン直接剥離
直接超音波剥離によって調製されたグラフェンの品質は、ハマ―法を使用して得られたものよりも著しく高い。超音波処理を用いることで、有機溶媒、界面活性剤／水溶液、またはイオン液体中でグラフェンを調製することが可能である。これはつまり、強力な酸化剤や還元剤を必要とせず、超音波条件下での剥離によりグラフェンを生成できることを意味する。濃度が1 mg／mlの酸化グラフェン溶液のAFM画像には常に均一に薄いシート（1 nm）が存在していることが確認される。このような良好に剥離された酸化グラフェンの試料には、1 nmより厚いあるいは1 nmより薄いグラフェンフラークは全く見られない。したがって、これらの条件下で、酸化グラフェンが個々の酸化グラフェンシートへと完全に剥離されていると結論づけることができる。

ノコンタクトモードAFM画像

超音波分散装置は、グラフェン、インクコーティングなどの材料の分散および均一化、石油の乳化、漢方薬から有効成分の抽出、細胞およびバラスト水の分解、消毒処理、原料の化学反応の促進等に使用できます。

製品仕様は以下の通りです：