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TRILOS超高压纳米均质机在石墨烯分散中的应用

  石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,几乎完全透明,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300W/m,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/Vs,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8Ω/m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。石墨烯材料优异的物理和结构特性使其在电子、传感、涂料和光电器件等多领域表现出非凡的应用潜力。

  目前石墨烯的各类合成技术都已经成熟,现有的石墨烯材料大多采用氧化还原法制备。氧化还原法制备石墨烯材料具有操作简单,产物可加工性好等优点。但是石墨烯材料难以在其他基体中分散,是制约其大规模应用的难点,需要一种能很好松团、分散的设备进行处理后才能发挥其真正优良的特性。



图1 石墨烯的结构


超高压均质作为现如今最为先进的湿法高压分散技术,为石墨烯材料的上述问题提供了非常好的纳米均质解决方案,可以解决粒径细化和分散均一的问题。

1. TRILOS超高压纳米均质机介绍

  TRILOS超高压纳米均质机采用高压喷射原理,能够在短时间内产生巨大的剪切力,碰撞力,气穴力,从而将大量能量集中作用于物料,使物料的成分以完全的均质的状态存在,能够大幅提升效率。通过调控均质机来达到理想的粒径分布效果,且不会产生金属材料污染,可实现实验研发到大生产的线形放大,为石墨烯等高价值材料提供可靠的技术方案。

  TRILOS超高压纳米均质机不堵不漏,采用10寸工业触控屏,可实时监控压力曲线图,最高压力可达4000bar。


  

图2 均质机原理图


图3 各型号的TRILOS超高压纳米均质机

2. 实验描述:

   首先,用MICCRA D-9高剪切分散机预处理石墨烯分散液。




图4 MICCRA D-9高剪切分散机


  然后,将预处理后的石墨烯分散液放入TRILOS ND100超高压纳米均质机进行实验。其中,压力:1500-2000bar;处理次数:3次。




图5 超高压均质实验

  超高压产生能量瞬间的转化,引发剧烈的空化、爆破、碰撞、剪切等效应,使分子间的非极性共价键断裂,在瞬时高压释放的时候,石墨烯片变薄,对应的溶液可以稳定分散。




图6 石墨烯分散效果电镜图


3. 结论

  采用TRILOS超高压纳米均质机,可稳定分散石墨烯溶液,达到了比较先进的水平。此外,也可接入在线粘度计、在线粒度仪和在线近红外分析仪等仪器进行实时在线监控,为研发和工艺人员对产品的进一步生产提供迅速的判断依据。



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