Die Ultraschalldispersion ist eine zuverlässige Methode, um Graphenschichten aus Graphitflocken oder -partikeln herzustellen. Andere übliche Dispersionstechnologien (z. B. Kugelmühlen, Walzenmühlen oder Hochschermischer) sind anfällig für die Verwendung von aggressiven Reagenzien und Lösungsmitteln. Die Ultraschalldispersionstechnologie kann dieses Problem überwinden und Graphenmaterialien effizient herstellen.

Ultraschalldispersion wandelt Graphen in Flüssigkeit in einen dispergierten Zustand um, d. h. feines oder ultrafeines Ultraschallmahlen von Feststoffen oder Flüssigkeiten aufgrund von Ultraschallvibrationseffekten. Aufgrund der besonderen Natur des in flüssigen Medien erzeugten Ultraschallfeldes liefert die Ultraschalldispersion eine hochdisperse, gleichmäßige, chemisch reine Suspension (Partikelgröße kleiner als 1 μm).

Prinzip der Graphenherstellung durch Ultraschallwellen
Durch Ultraschall hergestelltes Graphen basiert auf Kavitationseffekten und zerstört daher nicht die Quantenstruktur im Inneren des Graphens. Ultraschallkavitation kann Hochfrequenzamplituden durch Hochleistungsultraschall erzeugen. Hochleistungs-Ultraschall kann für die Verarbeitung von Flüssigkeiten wie Mischen, Emulgieren, Dispergieren und Depolymerisieren oder Mahlen verwendet werden. Wenn eine Flüssigkeit mit hoher Intensität mit Ultraschall behandelt wird, verursachen Schallwellen, die sich in das flüssige Medium ausbreiten, abwechselnd Hochdruck- (Kompressions-) und Niederdruck-(Reflexions-)Zyklen mit von der Frequenz abhängigen Raten. Hochintensive Ultraschallwellen in Niederdruckzirkulation erzeugen kleine Vakuumbläschen oder Hohlräume in der Flüssigkeit. Wenn Blasen ein Volumen erreichen, das keine Energie aufnehmen kann, kollabieren sie heftig in einem Hochdruckzyklus. Dieses Phänomen wird als Kavitation bezeichnet.
Abplatzungen und Dispersion von Graphen

Wenn Graphen als Material verwendet werden soll, muss es zunächst gleichmäßig in der Rezeptur dispergiert werden. Aufgrund der Hydrophobie von Graphen ist es schwierig, eine hohe Konzentration an Graphendispersionen zu erhalten, ohne sie mit Tensiden oder Dispergiermitteln zu stabilisieren.

Graphen-Nanoblätter (GNP) können durch Strippen von Graphit in einem Lösungsmittel durch Hochleistungs-Ultraschallverarbeitung hergestellt werden. Ultraschall – gestripptes Graphen kann mit Biopolymeren funktionalisiert werden, um wasserdispergiertes Graphen zu erhalten. Das synthetisierte Graphen kann durch Ultraschallkavitation zu einer stabilen Dispersion auf Wasserbasis weiterverarbeitet werden. Wenn Graphen-Nanopartikel in Flüssigkeit gemischt werden, kommt es leicht zur Agglomeration. Die Ultraschalldispersion kann die Graphenaggregate in wässrigen und nicht-wässrigen Suspensionen aufbrechen, wodurch das volle Potenzial von Nanomaterialien ausgeschöpft werden kann.

Go ist wasserlöslich und kann leicht in stabile Kolloide dispergiert werden. Das Spalling und Dispergieren mit Ultraschall ist eine sehr effektive, schnelle und kostengünstige Methode zur Synthese, Dispergierung und Funktionalisierung von Go im industriellen Maßstab. Um die Größe von GO-Nanoblättern zu kontrollieren, spielt die Peeling-Methode eine Schlüsselrolle. Aufgrund seiner präzisen und kontrollierbaren Prozessparameter ist das Ultraschall-Stripping die am weitesten verbreitete Schichttechnik zur Herstellung von hochwertigem Graphen und Go.