تشتت الأنابيب النانوية الكربونية في أحبار 3D القابلة للطباعة
يمكن أن يؤدي التشتت الموحد للأنابيب النانوية الكربونية في الأحبار القابلة للطباعة 3D إلى تحسين خصائص الحبر وتمكين تطبيقات جديدة في مختلف المجالات. الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار هي تقنية تشتيت موثوقة للغاية لإنتاج معلقات نانوية مستقرة من الأنابيب النانوية الكربونية في البوليمرات.
تشتت CNT فعال ومستقر في البوليمرات بسبب Sonication
غالبا ما يتم تشتيت الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) في زيوت السيليكون لتطبيقات مختلفة بسبب خصائصها الفريدة. يمكن أن يؤدي تشتت الأنابيب النانوية الكربونية في زيوت السيليكون إلى تحسين الخواص الميكانيكية والحرارية والكهربائية للمواد الناتجة. أحد هذه التطبيقات هو تصنيع البوليمرات المخدرة ب CNT للأحبار الموصلة القابلة للطباعة 3D ، على سبيل المثال ، للتصنيع الإضافي الحيوي لأجهزة الاستشعار اللمسية القابلة للارتداء ، وسقالات تجديد الأنسجة الخاصة بالمريض ، وأقطاب ECG و EEG المرنة.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الأنابيب النانوية الكربونية المنتشرة في زيوت السيليكون كأحبار موصلة في الأجهزة الإلكترونية ، مثل شاشات العرض وأجهزة الاستشعار المرنة. تعمل الأنابيب النانوية الكربونية كمسارات موصلة ، مما يسمح بتدفق التيار الكهربائي.
نظام الموجات فوق الصوتية للطاقة الصناعية للتشتت المضمن الصناعي: الموجات فوق الصوتية عالية الأداء هي أنظمة خلط مضمنة موثوقة وعالية الكفاءة لإنتاج التشتت النانوي مثل الأنابيب النانوية الكربونية في البوليمرات.
مزايا CNT بالموجات فوق الصوتية / تشتت البوليمر
الموجات فوق الصوتية هي تقنية تشتيت فعالة للغاية ، والتي تأتي مع العديد من الفوائد. تشمل مزايا التشتت بالموجات فوق الصوتية للأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) في البوليمرات ما يلي:
نظام صناعي بالموجات فوق الصوتية لعمليات الذوبان المضمنة ، على سبيل المثال التشتت المنتظم للأنابيب النانوية الكربونية في تركيبات البوليمر.
البروتوكول العام لإنتاج مركبات CNT / PDMS بالموجات فوق الصوتية
يستخدم Ultrasonication لتشتت العديد من المواد نانو الحجم في البوليمرات. تطبيق محدد وشائع الاستخدام هو تشتت الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) في ثنائي ميثيل بوليسيلوكسان (PDMS) باستخدام صوتنة من نوع المسبار. من أجل تشتيت الأنابيب النانوية الكربونية في مصفوفة PDMS ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية للطاقة والتأثيرات الناتجة عن التجويف الصوتي لفك تشابك الأنابيب النانوية ومزجها بشكل موحد في تعليق نانوي. صوتنة من نوع المسبار هي طريقة قوية لتفريق الأنابيب النانوية الكربونية نظرا لقدرتها على توليد قوى تجويف مكثفة يمكنها تفتيت وتفريق الأنابيب النانوية الكربونية المتكتلة بشكل فعال.
التشتت بالموجات فوق الصوتية هو خطوة معالجة بسيطة لا تتطلب معالجة محددة قبل أو بعد. معدات الموجات فوق الصوتية نفسها آمنة وسهلة التشغيل.
تتضمن عملية التشتت باستخدام صوتنة من نوع المسبار الخطوات التالية:
- تحضير خليط CNT-PDMS: تتم إضافة كمية محددة مسبقا من الأنابيب النانوية الكربونية إلى مصفوفة PDMS ويتم خلطها مسبقا باستخدام محرك ميكانيكي. ومن المثير للاهتمام ، أنه من خلال تشتيت الأنابيب النانوية الكربونية مسبقا في مذيب ، يمكن زيادة التوصيل الكهربائي. يتم تحقيق أفضل النتائج بواسطة رباعي هيدروفوران (THF) أو الأسيتون أو الكلوروفورم (مرتبة حسب أفضل النتائج).
- صوتنة من نوع المسبار: يخضع الخليط لصوتنة من نوع المسبار باستخدام مسبار بالموجات فوق الصوتية عالي الكثافة يولد موجات فوق صوتية بتردد يبلغ عادة حوالي 20 كيلو هرتز. اعتمادا على الحجم والصياغة ، يتم تنفيذ صوتنة عادة لعدة دقائق لضمان التشتت الكامل للأنابيب النانوية الكربونية.
- مراقبة التشتت: تتم مراقبة تشتت الأنابيب النانوية الكربونية باستخدام تقنيات مثل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أو المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) أو التحليل الطيفي للأشعة المرئية وفوق البنفسجية. يمكن استخدام هذه التقنيات لتصور توزيع الأنابيب النانوية الكربونية داخل مصفوفة PDMS ولضمان تشتيت الأنابيب النانوية الكربونية بشكل موحد.
باختصار ، صوتنة من نوع المسبار هي طريقة قوية لتشتيت الأنابيب النانوية الكربونية في البوليمرات مثل PDMS نظرا لقدرتها على توليد قوى تجويف مكثفة يمكنها تفتيت وتفريق الأنابيب النانوية الكربونية المتكتلة بشكل فعال.
دراسات حالة للتصنيع بالموجات فوق الصوتية لمركبات CNT / البوليمر
وقد تم بحث تشتت الأنابيب النانوية وغيرها من المواد النانوية القائمة على الكربون باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار على نطاق واسع وتم تنفيذها لاحقا في الإنتاج الصناعي. أدناه ، نقدم بعض الدراسات البحثية ، والتي تثبت الكفاءة الاستثنائية لتشتت الأنابيب النانوية بالموجات فوق الصوتية.
تشتت بالموجات فوق الصوتية للأنابيب النانوية الكربونية في PDMS لأجهزة الاستشعار القابلة للارتداء
قارن Del Bosque et al. (2022) الطحن ثلاثي الأسطوانات والصوتنة لفعاليتهما في تشتت CNT. يظهر تحليل إجراء تشتت الجسيمات النانوية في مصفوفة البوليمر أن تقنية الموجات فوق الصوتية توفر حساسية كهربائية أعلى مقارنة بالطحن ثلاثي الأسطوانات بسبب التجانس العالي لتوزيع CNT الناجم عن قوى التجويف. عند اختبار أحمال CNT المختلفة ، وجد أن عتبة الترشيح لنظام CNT-PDMS ، أي محتوى CNT الحرج الذي يصبح فيه موصلا للكهرباء ، هو 0.4٪ بالوزن٪ CNT. تم تشتيت الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWCNTs) عن طريق الموجات فوق الصوتية باستخدام الموجات فوق الصوتية Hielscher UP400ST (انظر الصورة اليسرى) في دورات نبضة 0.5 وسعة 50٪ لمدة 2 ساعة. تظهر آثار التشتت بالموجات فوق الصوتية على مدار وقت الصوتنة في الصورة أدناه.
بناء على هذا التحليل ، تم اختيار الظروف المثلى لتصنيع أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء على أنها 0.4٪ بالوزن CNT عن طريق عملية الموجات فوق الصوتية. في هذا الصدد ، أظهر تحليل الاستجابة الكهربائية في ظل دورات الحمل المتتالية متانة عالية لأجهزة الاستشعار المطورة ، دون وجود أي ضرر عند إجهاد 2٪ و 5٪ و 10٪ ، مما يجعل هذه المستشعرات موثوقة لمراقبة الإجهاد المتوسط.
التشتت بالموجات فوق الصوتية من MWCNTs في PDMS باستخدام الموجات فوق الصوتية UP400St في أوقات صوتنة مختلفة.
(دراسة وصورة: ©ديل بوسكي وآخرون ، 2022)
معدات تشتيت بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لمركبات نانوية CNT / بوليمر
Hielscher Ultrasonics مصنعي مجسات الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة للمطالبة بتشتيت التطبيقات في المختبر, مقاعد البدلاء أعلى والصناعة. توفر مشتتات الموجات فوق الصوتية Hielscher تجانس وتشتت المواد النانوية في المذيبات والبوليمرات والمركبات.
بفضل تقنية الموجات فوق الصوتية المتقدمة ، توفر هذه المشتتات حلا سريعا وسهلا لتحقيق توزيع موحد لحجم الجسيمات ، والتشتت المستقر ، و / أو وظائف الجسيمات النانوية.
من خلال تقليل وقت المعالجة وتقليل استهلاك الطاقة ، يمكن لمشتتات المسبار بالموجات فوق الصوتية تحسين الإنتاجية وتقليل التكاليف التشغيلية للشركات عبر مجموعة متنوعة من الصناعات.
Hielscher الموجات فوق الصوتية ويمكن أيضا أن تكون مخصصة لتناسب متطلبات محددة، مع خيارات لمجموعة من أحجام التحقيق، قرون الداعمة، ومستويات الطاقة، وخلايا التدفق، مما يجعلها متعددة الاستخدامات وقابلة للتكيف مع مختلف تركيبات نانو وأحجام.
بشكل عام ، تعد مشتتات المسبار بالموجات فوق الصوتية استثمارا ممتازا للمختبرات والصناعات التي تتطلع إلى تحسين سير عمل معالجة المواد النانوية وتحقيق نتائج متسقة وموثوقة.
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا
Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بشكل موثوق من قبل الموجات فوق الصوتية Hielscher.
Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5 مل | ن.أ. | VialTweeter | 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
مفاعل دفعي بالموجات فوق الصوتية للمعالجة الصناعية ، على سبيل المثال دمج الأنابيب النانوية الكربونية وغيرها من الحشوات النانوية في البوليمرات للأحبار القابلة للطباعة 3D للتصنيع المضاف.
الأدب / المراجع
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.