מכונת פיזור גרפן על-קולית שוברת את צוואר הבקבוק בפיתוח הגרפן

תכולת הליבה של מכונת פיזור גרפן קולית היא איך לפתור את בעיית צבירה של חלקיקים. בשל פני השטח האדישים של הגרפן, הוא אינו מסיס בחומרים רבים ובעל פיזור גרוע. קשה מאוד להשיג חלקיק אחד מפוזר. כיצד להפוך את החלקיק לפיזור שווה לתוך המטריצה ​​היא טכנולוגיית המפתח של טכנולוגיית פיזור הגרפן.

מטרת פיזור הגרפן היא שכדי להשיג פיזור בלתי מסיס, יש לרסק ולערבב בחוזקה את חלקיקיו, מה שאומר שהיווצרות משטחים חדשים חייבת להתגבר על ההתנגדות של מתח פני השטח כדי להשיג. עם ההתפתחות המתמשכת של הטכנולוגיה הפכה בעיית הצבירה לצוואר בקבוק להמשך הפיתוח של הגרפן, ולכן שיפור פיזור הגרפן הפך לשיטה טכנית לשיפור האיכות, הביצועים ויעילות התהליך* של מוצרים (חומרים).

בשל פני השטח האדישים של הגרפן, הוא אינו מסיס ומפוזר בצורה גרועה עם חומרים רבים. ישנם שני רעיונות כיצד לפתור את בעיית צוואר הבקבוק בפיתוח הגרפן: ראשית, ייצור בקנה מידה גדול של חומרי גלם של גרפן באיכות גבוהה בעלות נמוכה; השני הוא היישום המסחרי של גרפן. בשנתיים האחרונות, הגרפן נכנס לשלב היישום התעשייתי, והאינטראקציה במעלה הזרם והמורד הזרם של השרשרת התעשייתית היא קריטית. עלינו לבצע פיתוח משני למשתמשים כדי לפתור בעיות טכניות נפוצות כמו פיזור ודפוס, ולהפוך את הגרפן להתחבר יותר ל"גז האדמה".

המאפיינים של אבקת גרפן, כגון גודל חלקיקים עדינים, שטח פנים ספציפי גדול, אנרגיית פני שטח גבוהה, מספר הולך וגדל של אטומי פני השטח ותיאום אטומי לא מספיק, הופכים את האטומים המשטחים הללו לבעלי פעילות גבוהה, לא יציבים במיוחד, וקל להצטבר אותם ליצירתם. מצרף גדול יותר עם מספר ממשקי קישור. צבירת האבקה מחולקת בדרך כלל לאגזור רך וצבירה קשה. היווצרות של אגלומרטים גורמת לכך שהננו-חלקיקים לא ניתנים לפיזור אחיד כחלקיק בודד, ואינם יכולים לשחק את מאפייני הננו המתאימים לו, אשר משפיעים לרעה מאוד על ביצועי היישום של אבקות ננו.

כאשר הגרפן מותאם עם פני השטח של הממס האורגני, האינטראקציה שלהם יכולה לאזן את האנרגיה הנדרשת לקילוף יריעת הגרפן, ולאחר מכן באמצעות טיפול אולטראסוני, אולטרסאונד מספק את כוח הקילוף, אפקט הקילוף, הגדלת הזמן האולטראסוני יכול בהחלט לשפר את תפוקת גרפן. לכוונון העוצמה האולטרסאונדית של ספק הכוח האולטראסוני יש גם השפעה משמעותית על אפקט הפשטת הגרפן. אפקט ההפשטה של ​​גרפן תלוי במידת ההתאמה של הכוח האולטראסוני ובכוח ואן דר ואלס בין שכבות הגרפן. כאשר העוצמה האולטראסונית מוגברת כראוי, מתח המתיחה הנוצר על פני הגרפן גדול מכוח ואן דר וואלס בין שכבות הגרפן, וגם אפקט ההפשטה יוגבר באופן משמעותי.

שיטה בעזרת אולטרסאונד

במערכת פיזור גרפן קולי, גרפן אוקסיד הוכנה בשיטת Hummers בסיוע קולי. מכיוון שגל קולי הוא גל מכני, הוא אינו נספג על ידי מולקולות וגורם לרטט מולקולרי במהלך התפשטות. תחת אפקט הקוויטציה, כלומר תחת פעולה נוספת של טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה, מיקרו-סילון ורטט חזק, המרחק הממוצע בין מולקולות גדל עקב רטט, וכתוצאה מכך פיצול מולקולרי. עם הגדלת העוצמה האולטראסונית, מרווח שכבות תחמוצת הגרפיט גדל.