功率超聲波在介質中傳播時,由于超聲波與介質的相互作用,使介質發生物理的和化學的變化,從而產生一系列力學的、熱學的、電磁學的和化學的超聲效應,包括以下4種效應:
1)機械效應。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質中形成駐波時,懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節處,在空間形成周期性的堆積。
2)空化作用。超聲波作用于液體時可產生大量小氣泡。一個原因是液體內局部出現拉應力而形成負壓,壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和,而從液體逸出,成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞,稱為空化。空洞內為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體,甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產生高溫、高壓,同時產生激波。與空化作用相伴隨的內摩擦可形成電荷,并在氣泡內因放電而產生發光現象。在液體中進行超聲處理的技術大多與空化作用有關。
3)熱效應。由于超聲波頻率高,能量大,被介質吸收時能產生顯著的熱效應。
4)化學效應。超聲波的作用可促使發生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經超聲處理后產生過氧化氫;溶有氮氣的水經超聲處理后產生亞硝酸;染料的水溶液經超聲處理后會變色或退色。這些現象的發生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質的水溶液經超聲處理后,特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收,這表明空化作用使分子結構發生了改變。
超聲波清洗儀器是液相剝離法中常用的輔佐手法,液相剝離制備石墨烯的過程中有兩個首要要素起著重要作用。一個是空化現象,超聲波處理過程中會有微氣泡的生成、加速成長以及破裂,會在液體中發生高密度與低密度快速替換的區域,使得壓力在其間振動,液體中的氣泡在高壓下收縮、低壓下膨脹,因為壓力的改變十分快,致使氣泡在石墨烯外表劇烈迸裂,這就使得渙散在溶劑中的石墨被壓碎。另一個是剪切力,當微氣泡在靠近石墨鄰近但與石墨不觸摸的地方迸裂時,使得 溶劑構成微射流沖擊石墨外表,構成剪切力進而促進石墨層與層之間的分離。
在剝落二維(2D)層狀材料的最可靠技術中,超聲清洗儀器輔助液相剝落(LPE)被認為是一種經濟有效且簡單的制備石墨烯及其二維無機對等物的方法,且尺寸合理且可以接受。缺陷水平。盡管在該領域中有快速的進步,但是對超聲處理頻率的效果和結果知之甚少,并且常常被忽略,導致剝落效率低。
在這里,Kelisonic證明了以較高的頻率和較低的功率進行簡單的溫和浴超聲波處理,對最終剝離產品的厚度,尺寸和質量產生了積極的影響。我們表明,通過將鍍液超聲處理的頻率從37 kHz增加到80 kHz,可以使用乙醇作為溶劑直接從石墨中剝落單層石墨烯薄片。統計分析表明,約有77%的石墨烯薄片厚度低于三層,平均橫向尺寸為13μm。我們證明了這種方法適用于重晶石(Cu9 S 5)和硫化銀(Ag 2 S),因此表明該剝落技術可應用于其他無機2D材料以獲得高質量的薄層薄片。這種簡單有效的方法促進了石墨烯和過渡金屬硫族化物的單層/少量層的形成,可廣泛應用于醫院、醫藥、高校、科研、石油、化工、輕工、冶金、交通、國防等行業。
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