بالموجات فوق الصوتية تشتيت أنابيب الكربون النانوية (CNT)
الأنابيب النانوية الكربونية قوية ومرنة ولكنها متماسكة للغاية. من الصعب تشتيتها إلى سوائل ، مثل الماء أو الإيثانول أو الزيت أو البوليمر أو راتنجات الإيبوكسي. الموجات فوق الصوتية هي طريقة فعالة للحصول على منفصلة – واحدة فرقت – أنابيب الكربون النانوية.
تستخدم الأنابيب النانوية الكربونية (CNT) في المواد اللاصقة والطلاء والبوليمرات وكحشوات موصلة كهربائيا في البلاستيك لتبديد الشحنات الساكنة في المعدات الكهربائية وفي ألواح هياكل السيارات القابلة للطلاء الكهروستاتيكي. من خلال استخدام الأنابيب النانوية ، يمكن جعل البوليمرات أكثر مقاومة لدرجات الحرارة والمواد الكيميائية القاسية والبيئات المسببة للتآكل والضغوط الشديدة والتآكل. هناك فئتان من الأنابيب النانوية الكربونية: الأنابيب النانوية أحادية الجدار (SWNT) والأنابيب النانوية متعددة الجدران (MWNT).
المجانس بالموجات فوق الصوتية الصناعية UIP1500hdT لتفريق الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) والمواد النانوية الأخرى.
تتوفر الأنابيب النانوية الكربونية بشكل عام كمواد جافة ، على سبيل المثال من الشركات ، مثل البحث SES أو CNT المحدودة هناك حاجة إلى عملية بسيطة وموثوقة وقابلة للتطوير لdeagglomeration ، من أجل الاستفادة من الأنابيب النانوية إلى أقصى إمكاناتها. بالنسبة للسوائل التي تصل إلى 100،000 cP الموجات فوق الصوتية هي تقنية فعالة جدا لتفريق الأنابيب النانوية في الماء أو النفط أو البوليمرات بتركيزات 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.
بشكل عام ، يتم خلط تشتت الأنابيب النانوية الخشنة أولا بواسطة مقلب قياسي ثم يتم تجانس في مفاعل خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية. يوضح الفيديو أدناه تجربة معملية (صوتنة الدفعات باستخدام UP400S) تشتيت أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران في الماء بتركيز منخفض. بسبب الطبيعة الكيميائية للكربون ، فإن سلوك تشتت الأنابيب النانوية في الماء صعب إلى حد ما. كما هو موضح في الفيديو ، يمكن بسهولة إثبات أن الموجات فوق الصوتية قادرة على تشتيت الأنابيب النانوية بشكل فعال.
مقارنة بين نانوفلر مختلفة موزعة في تصلب باستخدام الموجات فوق الصوتية من نوع التحقيق): (أ) 0.5 wt٪ ألياف الكربون النانوية (CNF)؛ (أ) 0.5 wt٪ ألياف الكربون النانوية (CNF)؛ (ب) 0.5 wt٪ من ألياف الكربون النانوية (CNF)؛ (ب) 0.5 wt٪ من ألياف الكربون (CNF)؛ (ب) 0.5 wt٪ من (ب) 0.5 wt٪ CNToxid؛ (ج) 0.5 wt٪ من الأنابيب النانوية الكربونية (CNT)؛ (د) 0.5 wt٪ CNT شبه مشتتة.
دراسة وصورة: ©زانغليني وآخرون، 2021
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 الموجات فوق الصوتية بمساعدة البوليمر
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.
وHIELSCHER مجموعة واسعة من أجهزة الموجات فوق الصوتية والملحقات لتفريق كفاءة من الأنابيب النانوية.
- الأجهزة المختبرية المدمجة تصل إلى 400 واط قوة الموجات فوق الصوتية للتفريق في أحجام أصغر تصل إلى 2 ليتر
- UIP500hdT، UIP1000hdT و UIP1500hdT هي معالجات بالموجات فوق الصوتية التي يمكن معالجة أحجام أكبر.
- نظم بالموجات فوق الصوتية 2 كيلوواط (UIP2000hdT) و 4 كيلووات (UIP4000hdT) يمكن استخدامها لتشتت نطاق إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية. ال UIP10000 (10 كيلووات) و ال UIP16000 (16 كيلووات) يمكن استخدامها في مجموعات من عدة وحدات فردية لمعالجة الأنابيب النانوية الكربونية على نطاق واسع.”
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب
- Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
- Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
- Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع عالية الأداء المجانسة بالموجات فوق الصوتية من مختبر إلى حجم الصناعية.