كيفية تفريق الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار بشكل فردي
تتميز الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWNTs أو SWCNTs) بخصائص فريدة ، ولكن للتعبير عنها يجب أن تكون مشتتة بشكل فردي. للاستفادة الكاملة من الخصائص الاستثنائية للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار ، يجب فك تشابك الأنابيب بشكل كامل. تظهر SWNTs مثل الجسيمات النانوية الأخرى قوى جذب عالية جدا ، لذلك هناك حاجة إلى تقنية قوية وفعالة لإزالة التكتل والتشتت بشكل موثوق. في حين أن تقنيات الخلط الشائعة لا توفر الكثافة اللازمة لفك تشابك SWNTs دون إتلافها ، فقد ثبت أن الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة تقوم بفك تشابك وتفريق SWCNTs. قوى القص التجويف المولدة بالموجات فوق الصوتية قوية بما يكفي للتغلب على قوى الترابط ، في حين يمكن تعديل شدة الموجات فوق الصوتية بدقة لتجنب تلف SWCNTs.
مشكلة:
تختلف الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs) عن الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWNTs / MWCNTs) من خلال خصائصها الكهربائية. يمكن أن تختلف فجوة النطاق في SWCNTs من صفر إلى 2 فولت وتتميز الموصلية الكهربائية بسلوك معدني أو شبه موصل. نظرا لأن الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار متماسكة للغاية ، فإن إحدى العقبات الرئيسية في معالجة SWCNTs هي عدم قابلية ذوبان الأنابيب في المذيبات العضوية أو الماء. لاستخدام الإمكانات الكاملة ل SWCNTs ، هناك حاجة إلى عملية إزالة تكتل بسيطة وموثوقة وقابلة للتطوير للأنابيب. على وجه الخصوص ، يؤدي تشغيل الجدران الجانبية لل CNT أو النهايات المفتوحة لإنشاء واجهة مناسبة بين SWCNTs والمذيب العضوي إلى تقشير جزئي ل SWCNTs فقط. لذلك ، يتم تشتيت SWCNTs في الغالب كحزم بدلا من الحبال الفردية المتكتلة. إذا كانت الحالة أثناء التشتت قاسية للغاية ، تقصير SWCNTs إلى أطوال تتراوح بين 80 إلى 200 نانومتر. بالنسبة لغالبية التطبيقات العملية ، أي لأشباه الموصلات أو تعزيز SWCNTs ، يكون هذا الطول صغيرا جدا.
UIP2000hdT، الموجات فوق الصوتية قوية 2kW لتفريق SWCNTs.
حل:
الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة للغاية لتشتيت وتكتل الأنابيب النانوية الكربونية ، حيث أن الموجات فوق الصوتية للموجات فوق الصوتية عالية الكثافة تولد التجويف في السوائل. تؤدي الموجات الصوتية المنتشرة في الوسائط السائلة إلى تناوب دورات الضغط العالي (الضغط) والضغط المنخفض (التخلخل) ، مع معدلات تعتمد على التردد. خلال دورة الضغط المنخفض ، تخلق الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة فقاعات فراغ صغيرة أو فراغات في السائل. عندما تصل الفقاعات إلى حجم لم تعد قادرة على امتصاص الطاقة عنده ، فإنها تنهار بعنف خلال دورة الضغط العالي. وتسمى هذه الظاهرة التجويف. أثناء الانفجار الداخلي ، يتم الوصول إلى درجات حرارة عالية جدا (حوالي 5000 كلفن) وضغوط (حوالي 2000 ضغط جوي) محليا. ينتج عن انفجار فقاعة التجويف أيضا نفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280 م / ث. هذه التيارات النفاثة السائلة الناتجة عن التجويف بالموجات فوق الصوتية، والتغلب على قوى الترابط بين الأنابيب النانوية الكربونية ، وبالتالي ، تصبح الأنابيب النانوية غير متكتلة. يعد العلاج بالموجات فوق الصوتية الخفيف الذي يتم التحكم فيه طريقة مناسبة لإنشاء معلقات مستقرة بالسطحي ل SWCNTs المشتتة ذات الطول العالي. للإنتاج المتحكم فيه من SWCNTs ، تسمح معالجات الموجات فوق الصوتية Hielscher بتشغيل مجموعة واسعة من مجموعات المعلمات بالموجات فوق الصوتية. يمكن أن تختلف سعة الموجات فوق الصوتية وضغط السائل وتكوين السائل على التوالي إلى المواد والعملية المحددة. يوفر هذا إمكانيات متغيرة للتعديلات ، مثل
- سونوترودي سعات تصل إلى 170 ميكرون
- ضغوط سائلة تصل إلى 10 بار
- معدلات تدفق السائل تصل إلى 15 لتر / دقيقة (حسب العملية)
- درجات حرارة السائل تصل إلى 80 درجة مئوية (درجات حرارة أخرى عند الطلب)
- لزوجة المواد تصل إلى 100.000CP
معدات الموجات فوق الصوتية
Hielscher يقدم الأداء العالي معالجات بالموجات فوق الصوتية لصوتنة كل مجلد. أجهزة الموجات فوق الصوتية من 50 واط إلى 16.000 واط ، والتي يمكن إعدادها في مجموعات ، تسمح بالعثور على الموجات فوق الصوتية المناسبة لكل تطبيق ، في المختبر وكذلك في الصناعة. للتشتت المتطور للأنابيب النانوية ، يوصى بصوتنة مستمرة. باستخدام خلايا تدفق Hielscher ، يصبح من الممكن تشتيت الأنابيب النانوية الكربونية إلى سوائل ذات لزوجة عالية مثل البوليمرات والذوبان عالي اللزوجة واللدائن الحرارية.
انقر هنا لقراءة المزيد عن تشتت وتعديل الأنابيب النانوية بواسطة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة!
اتصل بنا! / اسألنا!
التصوير المجهري ل SWNTs المشتتة بالموجات فوق الصوتية.
تشتيت الأنابيب النانوية بالموجات فوق الصوتية (UP400St)
تفريق الأنابيب النانوية الكربونية بجهاز مختبر Hielscher UP50H
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء! تغطي مجموعة منتجات Hielscher الطيف الكامل من الموجات فوق الصوتية للمختبر المدمجة على وحدات مقاعد البدلاء إلى أنظمة الموجات فوق الصوتية الصناعية الكاملة.
الأدب / المراجع
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
حقائق تستحق المعرفة
غالبا ما يشار إلى أجهزة الموجات فوق الصوتية باسم مسبار صوتي ، خالط الموجات فوق الصوتية ، محلل صوتي ، معطل الموجات فوق الصوتية ، طاحونة بالموجات فوق الصوتية ، سونو تمزق ، سونو ، سونو ، مفكك صوتي ، معطل خلية ، مشتت بالموجات فوق الصوتية أو مذيب. تنتج الشروط المختلفة عن التطبيقات المختلفة التي يمكن الوفاء بها عن طريق الصوتنة.