How to Disperse Graphene in Water or Solvents Efficiently
그래핀 분산 (Dispersion) 에 대한 문의가 증가함에 따라, 영국 Silverson 사는 최근 그래핀을 어떻게 혼합할 것인가 (How to Mix Graphene) 라는 주제의 영상을 공개했습니다.
그래핀 연구 초기에는, 실버슨 High Shear Mixer 가 Graphite (흑연) 로부터 그래핀을 추출하는 데 사용된 성공적인 기술 중 하나였으며, 이는 전단 박리 (Shear Exfoliation) 를 통해 이루어졌습니다.
이 공정에서는 Rrotor-Stator Mixer 의 High Shear 힘을 이용하여, Defect-free, Few-Layer Graphene 을 Solvent System 또는 특정 계면활성제 안에서 Graphite 로부터 분리해냈습니다.
연구가 발전한 지금도, Silverson Mixer 의 High Shear Energy 는 실험실 규모에서 Graphene Formulation 을 만들 때 여전히 핵심적인 역할을 하고 있습니다.
이 High Shear Energy 는 그래핀이 혼합물 전체에 고르게 분산되도록 보장해주며, 이를 통해 원하는 최종 특성을 얻을 수 있게 해줍니다.
이 영상은 맨체스터 대학교 (University of Manchester) 에 위치한 GEIC (Graphene Engineering Innovation Centre) 와 협업하여 제작되었습니다.
GEIC는 다양한 Graphene Formulation 을 현미경 하에서 테스트해본 결과, 실버슨 Laboratory Mixer 로 달성한 분산 수준이 일반적인 실험실용 교반기보다 훨씬 뛰어나다는 사실을 확인했습니다.
Silverson High Shear Mixer 는 그래핀뿐만 아니라, Pigments, Dispersants 그리고 다양한 Resins 까지도 효과적으로 분산시킬 수 있어, Formulation 전 과정에 사용이 가능합니다.
GEIC 의 주요 목표 중 하나는 실험실에서 이루어진 연구 결과를 파일럿 생산으로 확대하여 산업계가 그래핀 제품을 상용화할 수 있도록 연결 고리를 만드는 것입니다.
이를 위해 GEIC는 Production Scale 의 Silverson Batch Mixer 를 도입했습니다. 이 장비의 도입은 GEIC 가 다양한 산업 분야의 파트너사들과 협력 프로젝트를 수행하는 방식과,
그들에게 대량 샘플을 제공하는 방식에 큰 변화를 가져왔습니다. 배치 믹서를 사용한 이후, GEIC 의 생산 시간은 며칠에서 몇 시간으로 단축되었습니다.
위 영상은 Silverson Mixer 를 그래핀 분산에 사용할 때의 주요 이점을 간략히 보여주고, GEIC 가 실험실에서 대량 배치로 공정을 어떻게 성공적으로 확장했는지를 소개하는 하이라이트 버전입니다.
Silverson 사의 실험실용 Mixer 와 생산용 Mixer 에는 동일한 형태의 rotor / stator 를 장착하고 있으며 이것의 rotor / stator 사이의 gap 역시 일정한 간격을 유지하고 있습니다.
그 결과 Silverson 사의 실험용 Mixer 와 생산용 Mixer 가 가지는 rotor 의 Tip Speed 와 Shear Rate (전단율) 은 거의 일정하게 유지됩니다.
그러므로 실험때의 Protocol 을 대량생산에 적용하여도 실험때의 결과가 그대로 재현되게 됩니다.
이 점은 학술지 Nature Materials 에 발표된 연구에서도 입증되었습니다.
아일랜드 더블린의 Trinity College Dublin 내 '적응형 나노구조 및 나노장치 연구센터 (CRANN)' 연구팀은
그래핀의 대량 생산이 가능함을 입증하였으며, 이 성공적인 그래핀 생산 실험에 Silverson Mixer 가 사용되었습니다.
또한, Silverson 장비는 미국과 기타 지역에서 수행된 기타 다양한 연구에서도 활용되었습니다.
전체 영상은 GEIC와 맨체스터 대학에서의 그들의 작업에 대해 더 많은 정보를 담고 있습니다. 전체 영상과 그래핀 분산에 있어 실버슨 믹서를 사용하는 방법에 대한 자세한 내용은
실버슨 웹사이트의 그래핀 응용 보고서 (Graphene Application Report) 에서 확인하실 수 있습니다.
Scale Up from Laboratory to Production
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