超声波在石墨烯剥离方面的应用

发布时间：2022-12-01

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【摘要】超声波在氧化石墨悬浮液中疏密相间地辐射，使液体流动而产生数量众多的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长,而在正压区迅速闭合，在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1.0×108Pa 个大气压的瞬间高压，连续不断产生的高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击石墨氧化物，使石墨氧化物片迅速剥落生成单层石墨氧化物(即石墨烯氧化物)。另外,石墨烯氧化物片的大小可以通过超声功率的大小及超声时间的长短进行调节。

超声波在石墨烯剥离方面的应用（一）

摘要：石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料, 它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质。石墨烯的研究已经取得了重要的进展, 在化学电源、光电子器件和多相催化等领域都得到了广泛的关注。制备的石墨氧化物均需经过剥离、还原等步骤才能得到单层的石墨烯。剥离的方法一般用超声剥离法,即将石墨氧化物悬浮液在一定功率下超声一定的时间。超声波在氧化石墨悬浮液中疏密相间地辐射，使液体流动而产生数量众多的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长,而在正压区迅速闭合，在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1.0×108Pa 个大气压的瞬间高压，连续不断产生的高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击石墨氧化物，使石墨氧化物片迅速剥落生成单层石墨氧化物(即石墨烯氧化物)。另外,石墨烯氧化物片的大小可以通过超声功率的大小及超声时间的长短进行调节。

关键词：石墨烯，氧化还原法，空化效应，超声剥离

1. 项目简介

超声波主机纵向放置于管道式反应釜内，反应釜支架及外罩采用不锈钢制作、内部贴5cm厚的隔音棉，可降低超声空化产生的噪音；超声波驱动电源、触摸屏、通讯管理机及以太网交换机均放置于电气控制柜内，电气柜正面放置10 寸以上触摸屏，可对基本模块内各单元模块进行单独参数设置，如主机功率、系统参数设置等。在电气控制柜面板安装有总运行按钮（带指示灯）、急停按钮和报警指示灯，整体系统具有振子异常报警、电源异常报警、机柜温度异常报警，振子工具头磨损报警。

2. 项目控制系统要求及技术指标

序号	指标名称	指标范围	备注
1	处理能力	1.0吨/天	原料浓度10%左右，8小时/天
2	超声工作频率	20KHz
3	超声工作功率	3KW/主机	每基本模块含8台主机
4	超声主机异常报警	有	声光报警
5	超声主机工具头异常报警	有	声光报警
6	超声电源异常报警	有	声光报警
7	电气控制柜异常报警	有	声光报警
8	就地控制	有	就地电气控制和就地触摸屏控制
9	远程控制	有	远程操作员站控制
10	基本模块整体控制及单台主机控制切换功能	有	既可对基本模块整体功率进行参数设置，也可对每台主机单独设置参数
11	流量控制	选配	可根据用户需要对石墨烯生产线流量进行控制及显示
12	参数保存功能	有	对于用户设置的参数可快速保存及读取
13	历史数据记录功能	有	可对超声主机及流量运行参数进行历史记录，记录时间可达1年以上。

3. 项目应用体会

本设备采用杭州国彪超声设备有限公司生产的智能数控超声波GBS-UEC203A设备，通过系统集成设计达到用户要求。此系统具有自动开机频率搜索，运行过程中自动跟踪频率，功率可调整等，如果设备出现问题可以及时断电，避免对整体控制系统造成影响。整个设备操作方面，无需设备开机前进行设置，全自动实现控制要求，系统稳定、可靠。