SI26354A - Postopek priprave disperzije grafena v pdms s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka - Google Patents

Postopek priprave disperzije grafena v pdms s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka Download PDF

Info

Publication number
SI26354A
SI26354A SI202200077A SI202200077A SI26354A SI 26354 A SI26354 A SI 26354A SI 202200077 A SI202200077 A SI 202200077A SI 202200077 A SI202200077 A SI 202200077A SI 26354 A SI26354 A SI 26354A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
graphene
pdms
derivatives
dispersion
vacuum
Prior art date
Application number
SI202200077A
Other languages
English (en)
Inventor
Aleš Mrzel
Daniele Vella
Matija JEZERŠEK
Original Assignee
Institut "Jožef Stefan"
UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut "Jožef Stefan", UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo filed Critical Institut "Jožef Stefan"
Priority to SI202200077A priority Critical patent/SI26354A/sl
Priority to EP23165177.9A priority patent/EP4282905B1/en
Publication of SI26354A publication Critical patent/SI26354A/sl

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/0427—Coating with only one layer of a composition containing a polymer binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24—Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/002—Processes for applying liquids or other fluent materials the substrate being rotated
    • B05D1/005—Spin coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2203/00—Other substrates
    • B05D2203/30—Other inorganic substrates, e.g. ceramics, silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2203/00—Other substrates
    • B05D2203/30—Other inorganic substrates, e.g. ceramics, silicon
    • B05D2203/35—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2518/00—Other type of polymers
    • B05D2518/10—Silicon-containing polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2601/00—Inorganic fillers
    • B05D2601/20—Inorganic fillers used for non-pigmentation effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2601/00—Inorganic fillers
    • B05D2601/20—Inorganic fillers used for non-pigmentation effect
    • B05D2601/28—Metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/04—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
    • B05D3/0493—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases using vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C08J2383/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Predmet izuma je postopek za pripravo disperzije grafena in/ali njegovih derivatov na osnovi žlahtnih kovin v polimetilsiloksanu (PDMS) za pripravo kompozitnih PDMS polimernih materialov na osnovi grafena in/ali njegovih derivatov na osnovi žlahtnih kovin. Postopek priprave disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS poteka s pomočjo hkratne uporabe ultrazvoka in podtlaka. Navedeni postopek omogoča pripravo tankih filmov kompozitnega materiala PDMS /grafen z veliko optično absorbcijo in penetracijsko globino svetlobe primerljivo z debelino filma.

Description

Postopek priprave disperzije grafena v PDMS s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka
Predmet izuma je postopek za pripravo disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka. Disperzijo grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS se v nadaljevanju uporabi za pripravo kompozita PDMS/grafen in/ali derivati grafena. Izum spada na področje organske kemije in kemije kompozitnih polimerov. Postopek po izumu omogoča pripravo večjih količin dobro dispergiranega grafena in/ali njegovih derivatov na osnovi žlahtnih kovin v PDMS.
Elastomemi polimerni material PDMS (polimetilsiloksan) je varen za biološko uporabo lahko se ga pripravi v obliki tankih plasti z vrtenjem na različne, tudi neravne substrate kot je to opisano v Rogers, J. A. O., Schueller, J. A., Whitesides, G. M.: Appl. Phys. Lett. 1998,195,172, in ima visok linearni koeficient toplotnega raztezanja - kot je to opisano v Muller A., Wapler M. C., Wallrabe U.: Soft Matter. 2019,15, 779-784. Zaradi teh lastnosti je izredno primeren za uporabe, kjer je toplotno raztezanje zelo pomembno, kot je to pri npr. optoakustičmh pretvornikih - kot je opisano v Lee T., Baac, H.W., Li Q„ Guo, L.J : Adv Optical Mater, 2018, 6 (24), 1800491 in fototermalnih aktuatorjih - kot je opisano v Gngonadis, C., Haase, N„ Butt, H.-J., Mullen, K., Floudas, G.: Adv.Mater. 2010,22,1403. PDMS je prozoren silikon, zato je za učinkovito absorbcijo svetlobe za npr. lasersko ustvarjene ultrazvočne aplikacije potrebno dodati primemo barvilo ali pigment. Uporabljeni so bili predvsem različni ogljikovi materiali, ki absorbirajo svetlobo, kot so ogljikove nanocevke - kot je to opisano v Li, J., Lan, X., Lei, S., Ou-Yang, J„ Yang X Zhu B · Carbon, 2019,145,112-118.: Chen, Z., Wu, Y. Yang, Y„ Li, J., Xie, B„ Li, X., Lei, S., OuYang, J., Yang, X., Zhou, Q„ Zhu, B.:Nano Energy, 2018, 46, 314-321 : Noimark, S„ Colchester, R.J., Blackbum, B.J., Zhang, E.Z., Alles, E.J., Ourselin, S., Beard, P.C„. Papakonstantmou, I., Parkin, I.P., Desjardins A.E.: Adv Funct Mater, 2016,26 (46), 83908396., saje za sveče - kot je to opisano v Chang, W.Y„ Huang, W„ Kim, J., Li, S., Jiang
x. : Appl Phys Lett, 2015, 107 (16) 161903-161905., ogljikova nanovlakna - kot je to opisano v Hsieh, Β.Υ., Kim, J„ Zhu, J„ Li, S. Zhang, X , Jiang X.: Appl Phys Lett, 2015, 106 (2), 021902, saje - kot je to opisano v Hsieh, Β.Υ., Chen, S.L., Ling, T„ Guo L J Li P.C.: Optic Express, 2012, 20 (2), 1588-1596., reduciran grafen oksid - kotje to opisano v Lalvvani, G., Cai, X., Nie, L., Wang, L.V., Sitharaman, B.: Photoacoustics, 2013,1 (3), 62-67: Moon, H„ Kumar, D„ Kim, H., Sim, C., Chang, J.H., Kim, J.M., Kim. H., Lim D K ' ACS Nano, 2015, 9 (3), 2711-2719 in grafen - kot je to opisano v Kou, H., Zhang, L., Tan, Q.,Liu, G., Dong, H., Zhang W., Xiong, J. : Sd Rep, 2019, 9, 3916,
Grafen je trdna, dobro prevodna snov, sestavljena iz čistega ogljika, kjer so atomi razporejeni v vzorec pravilnih šestkotnikov, podoben grafitu, vendar z debelino enega atoma. Materiali sestavljen iz nanodelcev žlahtnih kovin (Au, Pt, Pd, Ru) pritrjenih na površino grafena so derivati grafena na osnovi žlahtnih kovin. Za pripravo derivatov grafena na osnovi žlahtnih kovin se uporablja več metod, kot so fizično nanašanje s hlapi, atomsko plastno nanašanje (ADL) in različni kemijski sintezni pristopi- kot je opisano v Jiawei, L„ Oinglang, M., Zhiqi H., Guigao, L., Zhang, H.,: Advanced Materials 2019 31 1800696.
Opisanih je vec načinov za pripravo kompozitnega materiala PDMS na osnovi grafena. PDMS so dodali grafen in n-heksan za zmanjšanje viskoznosti, ter ob uporabi ultrazvoka v celoti odpanli heksan pri temperaturi vrelišča heksana (69 °C). Pri sobni temperaturi so nato dodali utrjevalno sredstvo ter po zamreženju dobili končni kompozitni material PDMS/grafen- kot je opisano v Li B„ Zhang, Y„ Li, T„ Yu, H., Guo, Q„ Hu, M., Yang J · MacromoL Mater. Eng. 2022, 2100868-2100878. Grafen s je dispergiral s pomočjo ultrazvoka v etil acetatu in dobljeni disperziji so dodali etil acetatno disperzijo PDMS. Ob močnem mešanju so popolnoma odparili etilacetat pri 70 °C. Po ohladitvi polimera na sobno temperaturo, so dodali utrjevalec in inhibitor, ki je preprečeval hitro strjevanje kompozita pri 3 D tiskanju - kotje opisano v Wang, Z., Gao, W„ Zhang, Q„ Zheng, K., Xu, J., Xu, W. Shang, E. Jiang, J. Zhang, J. Liu, Y.: ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11 (1), 1344-1352. THF (tetrahidrofuran) so dodali ločeno PDMS-u in grafenu, ter obe mešanici dispergirali v ultrazvoku. Disperziji so združili, dobljena mešanica se je dodatno dispergirala v ultrazvoku in seje nato dodal utrjevalni reagent. Po odstranitvi THF iz disperzije na grelni plošči s temperaturo od 50° do 60° C z vrtenjem od 1100 do 1200 vrt./mm nastane kompozit PDMS/grafen- kot je to opisano v patentu KR101406085B1. Pri pripravi funkcionalne gobice sestavljene iz kompozita PDMS/grafen uporabne za ločevanje olja ali nepolarnega organskega topila iz vode so najprej pripravili razredčeno suspenzijo raztopine PDMS-grafen s topilom s pomočjo ultrazvoka. Sledil je nanos zmesi grafen-PDMS na površine z izhlapevanjem topila in izvajanje navzkrižnega povezovanja m utrjevanja na PDMS. Sledila je odstranitev nanesenega kompozita iz površine in posusitev vzorca, pri čemer se dobim funkcionalno gobico sestavljeno iz grafena in PDMS - kot je to opisano v patentu CN106084276 A 2019. Prevodni elastični kompozitni PDMS/grafen film z debelino okoli 200 pm je bil pripravljen z mešanjem grafena s PDMS. Najprej so pripravili mešanico PDMS in utrjevalnega sredstva, mešali s pomočjo cetrifugalnega mešalnika. Pasto PDMS/grafen so dodatno dispergirali z ultrazvokom. PDMS/grafen pasta, ki je je bila uporabljena za pripravo prevodnega filma, je vsebovala do 40 masnih odstotkov grafena v polimernem kompozitu - kot je opisano v Zhang, Χ.Μ., Yang, X.L. Wang, Κ.Υ.: J Mater Sci: Mater Electron, 2019, 30, 19319-19324. Mikrodelci grafita so se v staljeni termoplastični polimerni fazi zaradi ponavljajoče strižne deformacije staljene polimerne faze odluščili, tako da so se v fazi staljenega polimera oblikovale porazdelitve eno in večplastnih slojev nanodelcev grafena, debeline manj kot 50 nanometrov vzdolž smeri c-osi - kot je to opisano v patentu EP3603956A1. Na substrat je bil najprej nanešen razredčen PDMS s topilom brez dodanega utrjevalca z metodo vrtenja. Z razprševanjem raztopine ogljikovih in kovinskih nanodelcev, ki absorbirajo svetlobo, so bili le-ti nanešeni na površino neutrjenega PDMS filma. Po razpršitvi nanodelcev na površino neutrjenega filma PDMS je sledil nanos naslednje plasti PDMS in dodajanje utrjevalca v PDMS v tej plasti - kot je to opisano v patentu USA 20210047486.
Priprava kompozitnih materialov na osnovi grafena, homogeno dispergiranega v PDMS prestavlja tehnološki problem zaradi visoke viskoznosti PDMS in agregacije grafena, kar rezultira v nehomogenih kompozitnih materialih PDMS na osnovi grafena s slabšimi funkcionalnimi lastnostmi. Tehnološki problem predstavlja tudi priprava kompozitnih materialov na osnovi grafena in PDMS, ki bi omogočala pripravo tankih filmov kompozitnega materiala PDMS/grafen z veliko optično absorbcijo in penetracijsko globino svetlobe primerljivo z debelino filma.
Poznanih in opisanih je več različnih tehnik in postopkov za pripravo disperzij grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS za pripravo kompozitnih PDMS polimernih materialov na osnovi grafena in/ali njegovih derivatov, vendar do sedaj še ni bil opisan postopek priprave disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka. Naloga in cilj izuma je postopek, ki omogoča pripravo homogene disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS, ki se v nadaljevanju uporabi za pripravo kompozitnih materialov PDMS na osnovi grafena in/ali njegovih derivatov, primernih tudi za pripravo tankih filmov kompozitnega materiala PDMS/grafen in/ali derivati grafena z veliko optično absorbcijo in penetracijsko globino svetlobe primerljivo z debelino filma.
Po izumu je naloga rešena s postopkom priprave disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v polimeru PDMS po neodvisnih patentnih zahtevkih.
Opis izuma
Izum bo opisan z izvedbenimi primeri in slikami, ki prikazujejo:
Slika 1: Shematski prikaz postopka za pripravo disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka in priprave kompozitnih materialov PDMS na osnovi grafena in/ali njegovih derivatov na osnovi te disperzije.
Slika 2: a.) Fotografija prikazuje kompozit PDMS/grafen pripravljen iz disperzijo grafena v PDMS pridobljene s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka.
b.) SEM slika preseka prevodnega tankega filma kompozita PDMS/grafen pridobljenega na osnovi disperzije grafena in PDMS pripravljene s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka posneta z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM, JEOL JSM-7600F) ni razkrila nano kosmičev ali grozdastih skupkov grafena.
Slika 3: Za preverjanje optične kakovosti tankega filma PDMD/grafen smo izmerili absorpcijo in količino razpršene svetlobe oziroma diferencialnega sipanja.
a) Absorpcijski spekter kompozita PDMS/grafen z 1,1 masnih odstotkov grafena (polna črta), nanesenega pri 3000 obratih /min na substrat PDMS z debelino 15 mikrometrov z metodo vrtenja. Absorpcijo smo ocenili po merjenju odbojnosti (R) in prepustnosti (T), A
1T + R’ Absorpcija PDMS brez grafena je označena s črtkano črto. Absorpcija kompozita doseže 80 % absorbirane svetlobe glede na PDMS in je neodvisen od valovne dolžine svetlobe in skoraj brez sipanja ozadja.
b) Sipanje svetlobe kompozita PDMS/grafen z 1.1 masnih odstotkov grafena nanesenega pri 3000 obratih /min na substrat PDMS z debelino 15 mikrometrov z metodo vrtenja glede na substrat, merjene v odbojni geometriji in integrirani sferi. Komponenta sipanja svetlobe je samo okoli 2 %, kar potrjuje dobro optično kakovost tankega filma.
Slika 4 a) TEM slika grafena dekoriranega s platinastimi nanodelci premera nekaj nanometrov posneta s transmisijskim elektronskim mikroskopom (TEM, JEOL 2100 FX). b) TEM Slika grafena dekoriranega s platinastimi nanodelci premera nekaj nanometrov posneta s transmisijskim elektronskim mikroskopom (TEM, JEOL 2100 FX).
Postopek po izumu omogoča pripravo bolj homegenih disperzij grafena in/ali njegovih derivatov, s čimer so kompozitni materiali pripravljeni iz navedene disperzije še posebej primerni za pripravo tankih filmov kompozitnega materiala PDMS/grafen in/ali derivati grafena z veliko optično absorbcijo in penetracijsko globino svetlobe primerljivo z debelino filma. Navedeni tanki filmi kompozitnega materiala se prednostno uporabljajo za robustne opto akustične leče.
Ker poteka postopek pri sočasni uporabi ultrazvoka in podtlaka, lahko postopek poteka pri nižjih temperaturah, s čimer se prepreči možno termično degredacijo polimernih verig ιη/ah grafena. Opisani tehnični problem je po izumu rešen s postopkom priprave disperzije grafena ιη/ah njegovih derivatov v PDMS s pomočjo hkratne uporabe ultrazvoka in podtlaka. V kontekstu te prijave se izraz derivati grafena nanaša na kemijsko modificirane grafene, prednostno na kemijsko modificirane derivate grafena na osnovi žlahtnih kovin (grafen dekoriran z nanodelci žlahtnih kovin). Žlahtne kovine so izbrane izmed zlata (Au), platine (Pt), rutenija (Ru) ali paladija (Pd).
Polimer PDMS je prednosto neutrjen polimer PDMS.
Postopek za pripravo disperzij grafena in/ali njegovih derivatov v polimeru PDMS vključuje naslednje korake:
A) ločena priprava PDMS in grafena in/ali njegovih derivatov, pri čemer PDMS in grafen in/ali njegove derivate razredčimo z organskimi topili, da dobimo disperzijo grafena/m ah njegovih derivatov v organskem topilu in z organskim topilom nabreknjen PDMS;
B) dodajanje disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v organskem topilu z organskim topilom nabreknjenemu PDMS ali PDMS, da se pridobi mešanico PDMS, topila in grafena in/ali njegovih derivatov;
C) obdelava mešanice iz koraka B) s sočasno uporabo ultrazvoka in podtlaka, pri čimer se organsko topilo odpari, in se pridobi homogena disperzija PDMS in grafena in/ali njegovih derivatov.
Za pripravo kompozitnih PDMS polimernih materialov na osnovi grafena in/ali njegovih derivatov iz disperzije iz koraka C, postopek v nadaljevanju vključuje dodajanje utrjevalca v disperzijo iz koraka C, za zamreženje disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v neutrjenem PDMS ter mešanje.
Primerna organska topila so topila, ki imajo parameter topnosti med 7.3-9.5 cal 1/2 cm'3'2 m vključujejo aciklične in ciklične ogljikovodike (pentan, heksan, heptan, cikloheksan) aromatske ogljikovodike (ksileni, toluen, benzen), halogenirane spojin (kloroform’ tnkloroetilen) in etre (dietil eter, dimetoksietan, tetrahidrofuran). Vrelišča topil s katerimi razredčimo PDMS in grafen in/ali njegove derivate so manj kot 180°C, prednostno med 30°C in 80°C.
Grafen in/ali njegove derivate najprej dispergiramo v organskem topilu in mešanico nato dodamo že z organskim topilom razredčenemu (nabreknjenemu) PDMS. Ob hkratni uporabi ultrazvoka organsko topilo odparimo z uporabo podtlaka, pri čemer se temperatura priprave disperzije grafena in/ali derivatov grafena v PDMS vzdržuje na temperaturah pod vrelišči organskih topil, ki jih uporabimo za zmanjšanje viskoznosti neutrjenega PDMS, in sicer na temperaturah ultrazvočne kopeli med 1 °C in 70 °C, prednostno na temperaturi med 20 °C in 40 °C. Sonifikacija poteka v topilu, prednostno vodi, ki smo jo ohlajali tekom procesa z dodatkom ledu ali dodajanjem hladne vode, in s tem preprečevali možno termično degredacijo polimernih verig in/ali grafena. Postopek priprave disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS poteka pri 0.1 do 2 masnih odstotkov, prednostno med 0.5 in 1.5 masnih odstotkov grafena in/ali njegovih derivatov pri podtlaku med 100 mPa in 100 kPa, prednostno pri podtlaku med 100 kPa in 1 kPa, ter frekvencah ultrazvoka nad 20 kHz, prednostno v območju med 37 in 80 kHz vključno z 37 in 80 kHz.
Postopek je možno uporabiti tudi za pripravo disperzij drugih derivatov grafena, ki jih dobimo s kemijsko modifikacijo grafena, in 2D materialov na osnovi dihalkogenidov prehodnih kovin.
Kompozit PDMS/grafen in/ali derivati grafena dobimo z dodatkom utrjevalca disperziji PDMS in grafena in/ali njegovih derivatov iz koraka C in s segrevanjem te mešanice. Mešanico PDMS in grafena in/ali njegovih derivatov z dodanim utrjevalcem lahko nanesemo na različne substrate kot so npr. utrjeni PDMS, steklo, silicij, kvarčno steklo tudi z metodo vrtenja in nato zamrežimo s segrevanjem pri temperaturah nad 20 C, prednostno pri temperaturah nad 80 °C in pod 240 -C. Dobimo tanke filme kompozitnih materialov PDMS/grafen in/ali derivati grafena.
Izvedbeni primer
Primer 1
V stekleni prahovki št 1. smo razredčili 1 g neutrjenega PDMS (SYLIGARD 184 Silicone Elastomer base) z 1 ml n-heksana (Carbo Erba, ASC regent). V drugi stekleni prahovki smo 11 mg grafena (Single layer graphene, ASC Materials) dodali 3 ml heksana. Mešanico grafena in heksana smo dispergirali 5 minut v ultrazvočni kopeli Elmasonic P 30H (frekvenca 80 Hz, moč 20 %), nato dodali razredčen PDMS iz prahovke št.1 in premešali. Dobljeno mešanico (PDMS + heksan + grafen) smo v celoti prenesli v stekleno bučko z obrusom. Stekleno bučko smo namestili na rotavapor Cabreta 4011, tako da je bila do približno ene četrtine potopljena v vodo v ultrazvočni kopeli. Ob vrtenju bučke se je ultrazvok 80 Hz (20 % moči) uporabljal dve uri v pogojih nizkega podtlaka vodne črpalke, pri čemer se je temperatura vodne kopeli vzdrževala pod 30 °C z dodajanjem ledu. Pri doseženem končnem volumnu 2 ml smo mešanico mešali z magnetnim mešalom dve uri. Preden smo dodali utrjevalec (SYLIGARD 184 Silicone Elastomer Curing Agent) v masnem razmerju 1 proti 10 glede na PDMS smo mešanico 15 minut dodatno dispergirali v ultrazvočni kopeli (80 kHz, 20 % moči) s temperaturo 20° C. Po dodanem utrjevalcu smo mešanico mešali 30 minut z magnetnim mešalom. Dobljeni material smo nanesli na različne substrate (steklo, kvarz, silicij, utrjen PDMS) z metodo vrtenja med 3000 in 6000 vrt/min (naprava za metodo vrtenja, Model Laurell WS-650 MZ -23NPP).
Na Sliki 1 je shematsko prikazan postopek Po nanosu smo substrat z nanešenim materialom za nekaj minut razplinili pri nizkem podtlaku in nato segrevali v peči pri 80 °C 1 uro. Dobili smo tanek film kompozitnega materiala PDMS/grafen debeline 15 mikrometrov na substartu. Shematski prikaz postopka po katerem smo dobili tanek film kompozitnega materiala PDMS/grafen je prikazan na Slikil.
Primer 2
Raztopili smo 10 mg K2PtCI4 (Sigma Aldrich, 99,9 %) v 20 ml destelirane vode in dodali 10 mg grafena (Single layer graphene, ASC Materials). Mešanico smo dispergirali v ultrazvočni kopeli Elmasonic
P 30 H eno uro pri ferkvenci 37 kHz, 60 % moči in nato centrifugirali z mikrocentrifugo Mikro 200 Hettich, 10000 obratov 10 minut. Oborino smo trikrat sprali z destilirano vodo in enkrat s tehničnim etanolom ter posušili pri 40° C. Dobili smo 10.8 grama grafena dekoriranega s platinastimi nanodelci.
V stekleni prahovki št 1. smo razredčili 1 g neutrjenega PDMS (SYLIGARD 184 Silicone Elastomer base) z 1 ml heksana (Carbo Erba, ASC regent). V drugi stekleni prahovki smo 7 mg grafena dekoriranega s platinastimi nanodelci in dodali 3 ml heksana. Mešanico smo dispergirali 5 minut v ultrazvočni kopeli Elmasonic P 30 H (frekvenca 80 kHz, moč 400 W, 20 %), nato dodali razredčen PDMS iz prahovke št.1 in premešali. Dobljeno mešanico (PDMS + heksan + grafen dekoriran s platinastimi nanodelci) smo v celoti prenesli v stekleno bučko z obrusom. Stekleno bučko smo namestili na rotavapor Cabreta 4011, tako da je bila do približno ene četrtine potopljena v vodo v ultrazvočni kopeli. Ob vrtenju bučke se je ultrazvok 80 Hz (20 % moči) uporabljal dve uri v pogojih nizkega podtlaka vodne črpalke, pri čemer se temperatura vodne kopeli vzdrževala pod 30 stopinj z dodajanjem ledu. Pri doseženem končnem volumnu 2 ml smo mešanico mešali dodatno z magnetnim mešalom dve uri. Preden smo dodali utrjevalec (SYLIGARD 184 Silicone Elastomer Curing Agent) v masnem razmerju 1 proti 10 glede na neutrjeni PDMS smo mešanico 15 minut dispergirali v ultrazvočni kopeli 80 kHz (20 %) pri temperaturi vodne kopeli 20°C. Po dodanem utrjevalcu smo mešanico dodatno mešali 30 minut z magnetnim mešalom. Dobljeni material smo nanesli na različne substrate (steklo, kvarz, polimeriziran
PDMS) z metodo vrtenja med 3000 In 6000 vrtljajev/min (naprava za metodo vrtenja, Model Laurell WS-650 MZ-23NPP). Substrate z nanešenim materialom smo za nekaj minut razplimli pri nizkem podtlaku in nato segrevali v peči pri 80 stopinjah 1 uro. Dobili smo tanek film kompozitnega materiala PDMS/grafen dekoriran s platinastimi nanodelci z debelino 20 mikrometrov nanešen na substrat.

Claims (9)

  1. PATENTNI ZAHTEVKI
    1. Postopek priprave disperzije grafena v polimetilsiloksanu (PDMS) s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka, označen s tem, da postopek vključuje naslednje korake:
    A) ločena priprava PDMS in grafena in/ali njegovih derivatov, pri čemer PDMS in grafen in/ali njegove derivate razredčimo z organskimi topili, da dobimo disperzijo grafena/in ali njegovih derivatov v organskem topilu in z organskim topilom nabreknjen PDMS;
    B) dodajanje disperzije grafena in/ali njegovih derivatov v organskem topilu z organskim topilom nabreknjenemu PDMS, da se pridobi mešanico PDMS, topila in grafena in /ali njegovih derivatov;
    C) obdelava mešanice iz koraka B) s sočasno uporabo ultrazvoka in podtlaka, pri čimer se organsko topilo odpari, da se pridobi disperzija PDMS in grafena in/ali njegovih derivatov, pri čemer so derivati grafena kemijsko modificirani grafeni, prednostno kemijsko modificirani derivati grafena na osnovi žlahtnih kovin.
  2. 2. Postopek po zahtevku, 1 označen s tem, da je masni delež grafena in/ali njegovih derivatov od 0.1 do 2 % masnega odstotka glede na PDMS, prednostno med 0.5 in 1.5 % masnega odstotka.
  3. 3. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da postopek poteka pri temperaturah ultrazvočne kopeli med 1 °C in 70 °C, prednostno pri temperaturah med 20 °C in 40 °C.
  4. 4. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da postopek poteka pri podtlaku med 100 mPa in 100 kPa, prednostno pri podtlaku med 100 kPa in 1 kPa.
  5. 5. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da postopek poteka pri frekvencah ultrazvoka nad 20 kHz, prednostno v območju med 37 in 80 kHz, vključno z 37 in 80 kHz.
  6. 6. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da so organska topila topila, ki imajo parameter topnosti med 7.3-9.5 cal1/2 cm 3/2, in je vrelišče organskih topil pod 180° C, prednostno med 30° in 80° C.
  7. 7. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da so žlahtne kovine izbrane izmed zlata (Au), platine (Pt), rutenija (Ru) ali paladija (Pd).
  8. 8. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da je PDMS neutrjen PDMS.
  9. 9. Postopek priprave kompozitnih PDMS polimernih materialov na osnovi grafena in/ali njegovih derivatov iz disperzije pripravljene po zahtevkih od 1 do 8, označen s tem, da disperzijo grafena in/ali njegovih derivatov v PDMS iz koraka C) zamrežimo z utrjevalnim sredstvom.
SI202200077A 2022-05-24 2022-05-24 Postopek priprave disperzije grafena v pdms s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka SI26354A (sl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI202200077A SI26354A (sl) 2022-05-24 2022-05-24 Postopek priprave disperzije grafena v pdms s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka
EP23165177.9A EP4282905B1 (en) 2022-05-24 2023-03-29 Preparation process of graphene dispersion in pdms with the simultaneous use of ultrasound and vacuum

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI202200077A SI26354A (sl) 2022-05-24 2022-05-24 Postopek priprave disperzije grafena v pdms s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI26354A true SI26354A (sl) 2023-11-30

Family

ID=86142678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI202200077A SI26354A (sl) 2022-05-24 2022-05-24 Postopek priprave disperzije grafena v pdms s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4282905B1 (sl)
SI (1) SI26354A (sl)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130224452A1 (en) * 2012-02-28 2013-08-29 Indian Institute Of Technology Madras Metal nanoparticle-graphene composites and methods for their preparation and use
BR112015008949B1 (pt) 2012-10-19 2021-11-30 Rutgers, The State University Of New Jersey Método para formação de um compósito de matriz de polímero de grafeno-reforçado
KR101406085B1 (ko) 2013-07-11 2014-06-11 전남대학교산학협력단 그래핀/pdms 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 그래핀/pdms 복합체
CN106084276B (zh) 2016-06-13 2018-12-14 东南大学 一种石墨烯-聚二甲基硅氧烷功能海绵的合成方法
CN107029565B (zh) * 2017-05-25 2019-10-11 合肥工业大学 基于氧化石墨烯的光驱动双层复合膜及其制备方法与应用
KR102220412B1 (ko) 2019-08-13 2021-02-24 성균관대학교산학협력단 높은 레이저 손상 임계점을 갖는 광음향 기반 초음파 발진체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고강도 초음파 발진체
CN114854197A (zh) * 2022-04-29 2022-08-05 浙江元盛塑业股份有限公司 一种以石墨烯和多壁碳纳米管为混合填料制备双组份导热硅橡胶的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4282905A1 (en) 2023-11-29
EP4282905C0 (en) 2024-08-28
EP4282905B1 (en) 2024-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Deshmukh et al. Fumed SiO2 nanoparticle reinforced biopolymer blend nanocomposites with high dielectric constant and low dielectric loss for flexible organic electronics
Scherble et al. Formation of CdS nanoclusters in phase‐separated poly (2‐hydroxyethyl methacrylate)‐l‐polyisobutylene amphiphilic conetworks
TWI395783B (zh) 糊組成物、介電組成物、電容器及糊組成物之製法
JP5894508B2 (ja) フッ素化構造化有機フィルム組成物
CN102264640B (zh) 碳材料的分散液及其制造方法
Chen et al. Cross-linkable fluorinated polynorbornene with high thermostability and low dielectric constant at high frequency
KR20200061389A (ko) 복합 금속 산화물 구조물의 패터닝
Zaccagnini et al. Laser‐induced graphenization of PDMS as flexible electrode for microsupercapacitors
Ali et al. The influence of solvents on polyaniline nanofibers synthesized by a hydrothermal method and their application in gas sensors
JP6551722B2 (ja) ポリアリーレンスルフィド樹脂微多孔質微粒子およびその製造方法
SI26354A (sl) Postopek priprave disperzije grafena v pdms s pomočjo sočasne uporabe ultrazvoka in podtlaka
FR2996359A1 (fr) Electrode transparente conductrice et procede de fabrication associe
Xu et al. Bioinspired Multifunctional Ceramic Platelet‐Reinforced Piezoelectric Polymer Composite
WO2019243604A1 (en) Nanoparticles of polydopamine and s-paek (sulfonated-polyaryletherketone) derivatives and water-based process for preparing thereof
Lee et al. Hydrophobic stretchable polydimethylsiloxane films with wrinkle patterns prepared via a metal‐assisted chemical etching process using a Si master mold
FR2996358A1 (fr) Electrode transparente et procede de fabrication associe
Gordon et al. Poly (3‐hexylthiophene) films prepared using binary solvent mixtures
US8354459B2 (en) Method for producing polymer material
Orlova et al. Dynamic Spirals of Nanoparticles in Light‐Responsive Polygonal Fields
EP3976696B1 (fr) Procédé de traitement d'une pièce polymère en vue de modifier sa rugosité et de la fonctionnaliser
JP4243209B2 (ja) 絶縁膜形成材料及びそれを用いた絶縁膜
Sánchez-Cepeda et al. Evaluation of the dispersion properties of graphene oxide/cetyltrimethylammonium bromide for application in nanocomposite materials
Reza-E-Rabby et al. Structural analysis of polyhedral oligomeric silsesquioxane coated sic nanoparticles and their applications in thermoset polymers
Zhu et al. A novel high-performance composite material with low dielectric constant and excellent hydrophobicity
Liu et al. Preparation and thermal conductivity properties of CF/SR composites with high orientation and low interfacial thermal resistance based on the synergistic effect of magnetic field, torsional vibration and Diels-Alder reaction

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20231201