بالموجات فوق الصوتية تشتيت أنابيب الكربون النانوية (CNT)

Carbonnanotubes قوية ومرنة ولكن متماسكة جدا. أنها صعبة لتفريق في السوائل، مثل الماء والايثانول والنفط والبوليمر أو راتنجات الايبوكسي. الموجات فوق الصوتية هي وسيلة فعالة للحصول منفصلة – واحدة فرقت – أنابيب الكربون النانوية.

وتستخدم Carbonnanotubes (CNT) في المواد اللاصقة والطلاءات والبوليمرات والمواد المالئة كما الموصلة كهربائيا في صناعة البلاستيك لتبديد التهم ثابتة في المعدات الكهربائية وفي لوحات جسم السيارات paintable كهربية. عن طريق استخدام الأنابيب النانوية، والبوليمرات يمكن أن تكون أكثر مقاومة ضد درجات الحرارة، والمواد الكيميائية القاسية، وبيئات تآكل، والضغوط الشديدة والكشط. هناك نوعان من الأنابيب النانوية الكربونية: المفرد جدار الأنابيب النانوية (SWNT) والأنابيب النانوية متعددة جدار (MWNT).

وCarbonnanotubes المتاحة عموما كمادة جافة، على سبيل المثال من الشركات، مثل البحث SES أو CNT المحدودة وهناك حاجة إلى عملية بسيطة وموثوقبها وقابلة للتطوير لإزالة التكتل، من أجل استخدام الأنابيب النانوية إلى أقصى إمكاناتها. بالنسبة للسوائل التي تصل إلى 100،000cP الموجات فوق الصوتية هي تقنية فعالة جدا لتشتيت الأنابيب النانوية في الماء، والنفط أو البوليمرات في تركيزات منخفضة أو عالية. تيارات النفاثة السائلة الناتجة عن التجويف بالموجات فوق الصوتية، والتغلب على قوى الترابط بين الأنابيب النانوية، وفصل الأنابيب. بسبب قوى القص الناتجة بالموجات فوق الصوتية والاضطرابات الصغيرة الموجات فوق الصوتية يمكن أن تساعد في طلاء السطح والكيميائية رد فعل من الأنابيب النانوية مع مواد أخرى أيضا.

عموما، يتم خلط الجسيمات الخشنة النانوتيوب أولا ً بواسطة المحرّر القياسي ثم متجانسة في مفاعل خلية التدفق بالموجات فوق الصوتية. الفيديو أدناه (انقر فوق الصورة لبدء!) يظهر تجربة مختبر (صوتنة دفعة باستخدام UP400S) تشتيت carbonnanotubes متعدد الطبقات في الماء عند تركيز منخفض. ونظرا للطبيعة الكيميائية من الكربون سلوك تفريق من الأنابيب النانوية في الماء أمر صعب نوعا ما. كما هو موضح في الفيديو، ويمكن أن يظهر بسهولة أن ultrasonication قادر على تفريق الأنابيب النانوية على نحو فعال.

تشتت فردية SWNTs من ارتفاع طول

وثمة مشكلة رئيسية لتجهيز والتلاعب SWNTs هي الصلابة الأصيل للأنابيب في المذيبات العضوية المشتركة والمياه. Functionalization من الجدار الجانبي أنابيب أو نهايات مفتوحة لخلق واجهة مناسبة بين SWNTs والمذيبات تؤدي في الغالب إلى تقشير الجزئي للحبال SWNT فقط.
ونتيجة لذلك، عادة ما فرقت SWNTs كما حزم بدلا من كائنات فردية معزولة تماما. عندما يعملون ظروف قاسية جدا خلال التشتت، وتقصير SWNTs إلى أطوال ما بين 80 و 200nm. على الرغم من أن هذا أمر مفيد لبعض الاختبارات، وهذا الطول هو صغير جدا لمعظم التطبيقات العملية، مثل SWNTs شبه الموصلة أو التسليح. التي تسيطر عليها، والعلاج بالموجات فوق الصوتية خفيفة (مثل من قبل UP200Ht مع 40MM sonotrode) هو إجراء فعال لإعداد التفرق مائي من SWNTs فردية طويلة. تسلسل ultrasonication معتدل التقليل من تقصير وتسمح الحفاظ على الحد الأقصى من الخصائص الهيكلية والإلكترونية.

تنقية SWNT بواسطة بالموجات فوق الصوتية بمساعدة البوليمر

صورة: Koshio 2001

ومن الصعب دراسة التعديل الكيميائي للSWNTs على المستوى الجزيئي، لأنه من الصعب الحصول على SWNTs نقية. كما نمت SWNTs تحتوي على شوائب كثيرة، مثل الجزيئات المعدنية والكربون غير متبلور. Ultrasonication من SWNTs في حل أحادي (MCB) بولي (ميتاكريليت الميثيل) PMMA تليها الترشيح هو وسيلة فعالة لتنقية SWNTs. هذه الطريقة تنقية بمساعدة البوليمر يسمح لإزالة الشوائب من SWNTs كما نمت على نحو فعال. (Yudasaka وآخرون.) مراقبة دقيقة لسعة ultrasonication يسمح للحد من الأضرار التي لحقت SWNTs.

HIELSCHER ل مجموعة من أجهزة الموجات فوق الصوتية والملحقات لتفريق كفاءة من الأنابيب النانوية.

• الأجهزة المختبرية المدمجة تصل إلى قوة 400 واط للتفريق في أحجام أصغر تصل إلى 2 ليتر
• 500 و 1000 و 2000 واط المعالجات بالموجات فوق الصوتية مثل UIP1000hd يمكن معالجة كميات أكبر.
• نظم بالموجات فوق الصوتية 2، 4، 10 و 16KW وأكثر من ذلك لمعالجة على المستوى التجاري.

الأدب

Koshio، A.، Yudasaka، M.، تشانغ، M.، إيجيما، S. (2001): طريقة بسيطة لتتفاعل كيميائيا واحد وول Crabon الأنابيب النانومترية مع المواد العضوية عن طريق Ultrasonication. في رسائل نانو، المجلد. 1، العدد 7، 2001، ص. 361-363.

Yudasaka، M .؛ تشانغ، M .؛ الأبر، C؛ إيجيما، S. (2000): تطبيق ورقة. فيز. A 2000، 71، 449.

باريديس، J. I.، Burghard، M. (2004): التفرق من فرد واحد الجدران الكربون نانوتيوب من ارتفاع طول، في: انجميور، المجلد. 20، رقم 12، 2004، 5149-5152، الجمعية الكيميائية الأميركية.