Dispersión ultrasónica de 20 kHz de nanoplaquetas de grafeno

Dispersión ultrasónica de 20 kHz de nanoplaquetas de grafeno

El grafeno tiene excelentes propiedades mecánicas debido a su estructura única y se considera un refuerzo ideal para compuestos de matriz metálica.Sin embargo, siempre está en forma de aglomerado debido a su gran superficie específica y, por lo tanto, primero debe dispersarse antes de combinarlo con una matriz, y el tratamiento ultrasónico se considera la forma más efectiva.En este trabajo, se estudiaron los efectos de los parámetros del tratamiento ultrasónico de la punta, como el tiempo de ultrasonido, la potencia ultrasónica, el tipo de solvente y su temperatura, sobre la dispersión y estructura de las nanoplaquetas de grafeno (GNP).Los resultados muestran que aumentar el tiempo ultrasónico o la potencia ultrasónica puede mejorar los efectos de dispersión y exfoliación de los PNB, pero también aumentar el grado de fragmentación y el grado de desorden de la distribución del átomo de C simultáneamente.Los disolventes con baja temperatura, baja viscosidad o alta tensión superficial tienen efectos similares a los del aumento del tiempo o la potencia ultrasónicos.Sin embargo, el agua del grifo, un disolvente de alta tensión superficial, tiene un grado de fragmentación relativamente bajo y buenos efectos de dispersión y exfoliación debido a la hidrofilicidad de los PNB.Sin embargo, el alcohol etílico es un disolvente más adecuado porque tiene una excelente volatilidad y características de reacción inerte con PNB y aleaciones de matriz, además de un buen efecto de dispersión.Los PNB pueden alcanzar el estado esperado cuando se tratan ultrasónicamente durante 4 h con una potencia de 960 W en disolvente EA a 35 °C.

Principio de dispersión ultrasónica de grafeno
Hay dos tipos de equipos ultrasónicos, sonicador de punta y de baño.La potencia del sonicador de punta es siempre mayor que la del sonicador de baño y, por lo tanto, el sonicador de punta es mucho más eficiente para la dispersión que el sonicador de baño en las mismas condiciones.Sin embargo, la mayoría de las investigaciones enfatizan la microestructura y las propiedades mecánicas de los compuestos reforzados con grafeno logrados.En cuanto a la fabricación de los compuestos, especialmente para la dispersión de grafeno, solo se proporcionó un conjunto de parámetros y los efectos detallados de los parámetros como el polvo ultrasónico y el tiempo, la viscosidad, la tensión superficial y la temperatura de los disolventes en el dispersión de grafeno, aún no están claros.Por lo tanto, los parámetros empleados en su investigación podrían no ser los óptimos y las propiedades mecánicas de los compuestos no son satisfactorias debido a la distribución no homogénea resultante del grafeno.Investigaciones anteriores indicaron que el tratamiento ultrasónico podría dispersar los aglomerados de PNB, pero al mismo tiempo provocar su fragmentación.La fragmentación no solo reduce la relación de aspecto del grafeno y disminuye su eficiencia de transferencia de carga y, por lo tanto, perjudica su función fortalecedora, sino que también aumenta los átomos de C con enlaces colgantes en el borde de los PNB;Estos átomos de C siempre tienen una alta actividad química y pueden reaccionar fácilmente con elementos de aleación de matriz para formar carburos frágiles en la interfaz grafeno/matriz, lo que también perjudica el papel fortalecedor de los PNB.Además, algunas investigaciones han sugerido que podrían formarse espacios vacíos durante el tratamiento ultrasónico y que luego se destruiría la integridad estructural del grafeno y, por lo tanto, también se reduciría su función de fortalecimiento.Cheng et al.Descubrió que la dispersión ultrasónica de nanotubos de carbono dependía de las propiedades físicas del disolvente, como la presión de vapor, la viscosidad y la tensión superficial.Además, el aumento de la temperatura del disolvente es un fenómeno común durante el tratamiento ultrasónico, y la presión de vapor de un disolvente tiene una estrecha relación con su temperatura, es decir, la temperatura del disolvente también puede afectar la dispersión del grafeno.Sin embargo, lamentablemente no existen investigaciones sobre estos aspectos.

Propósito de la dispersión de grafeno
Hay muchos materiales de grafito en la naturaleza y el grafito con un espesor de 1 mm contiene alrededor de 3 millones de capas de grafeno.El grafito monocapa se llama grafeno, que no existe en estado libre, sino que existe en forma de láminas de grafito laminadas con múltiples capas de grafeno.Dado que la fuerza entre capas de la lámina de grafito es débil, se puede exfoliar capa por capa mediante una fuerza externa, obteniendo así un grafeno de una sola capa con un espesor de solo un átomo de carbono.

Parámetro