الأنابيب النانوية الكربونية المشتتة بشكل موحد عن طريق الموجات فوق الصوتية
لاستغلال الوظائف الاستثنائية للأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) ، يجب أن تكون مشتتة بشكل متجانس.
المشتتات بالموجات فوق الصوتية هي الأداة الأكثر شيوعا لتوزيع الأنابيب النانوية الكربونية في معلقات مائية وقائمة على المذيبات.
تخلق تقنية التشتيت بالموجات فوق الصوتية طاقة قص عالية بما يكفي لتحقيق فصل كامل للأنابيب النانوية الكربونية دون إتلافها.
تشتيت بالموجات فوق الصوتية للأنابيب النانوية الكربونية
تتميز الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) بنسبة عرض إلى ارتفاع عالية جدا وتظهر كثافة منخفضة بالإضافة إلى مساحة سطح هائلة (عدة مئات من م 2 / جم) ، مما يمنحها خصائص فريدة مثل قوة الشد العالية جدا والصلابة والمتانة والتوصيل الكهربائي والحراري العالي جدا. بسبب قوى فان دير فال ، التي تجذب الأنابيب النانوية الكربونية المفردة (CNTs) لبعضها البعض ، يتم ترتيب الأنابيب النانوية الكربونية بشكل طبيعي في حزم أو خيوط. تعتمد قوى الجذب بين الجزيئية هذه على ظاهرة تكديس الرابطة π بين الأنابيب النانوية المجاورة المعروفة باسم تكديس π. للحصول على الفائدة الكاملة من الأنابيب النانوية الكربونية ، يجب فصل هذه التكتلات ويجب توزيع الأنابيب النانوية الكربونية بالتساوي في تشتت متجانس. الموجات فوق الصوتية المكثفة يخلق التجويف الصوتي في السوائل. يكسر إجهاد القص المحلي الناتج عن ذلك مجاميع CNT ويوزعها بشكل موحد في تعليق متجانس. تخلق تقنية التشتيت بالموجات فوق الصوتية طاقة قص عالية بما يكفي لتحقيق فصل كامل للأنابيب النانوية الكربونية دون إتلافها. حتى بالنسبة لصوتنة SWNTs الحساسة يتم تطبيقها بنجاح لفصلها بشكل فردي. يوفر Ultrasonication فقط مستوى ضغط كاف لفصل مجاميع SWNT دون التسبب في الكثير من الكسر في الأنابيب النانوية الفردية (Huang، Terentjev 2012).
- الأنابيب النانوية الكربونية أحادية التشتت
- توزيع متجانس
- كفاءة تشتت عالية
- تحميل CNT عالية
- لا تدهور CNT
- معالجة سريعة
- تحكم دقيق في العملية

UIP2000hdT – 2kW الموجات فوق الصوتية قوية لتشتت CNT
أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتشتت CNT
Hielscher الفوق صوتيات توفر معدات الموجات فوق الصوتية قوية وموثوق بها لتشتت فعال من الأنابيب النانوية الكربونية. ما إذا كنت بحاجة إلى إعداد عينات صغيرة من CNT للتحليل و R&D أو لديك لتصنيع الكثير الصناعية الكبيرة من التشتت السائبة، مجموعة منتجات Hielscher يقدم نظام الموجات فوق الصوتية المثالي لمتطلباتك. من 50W الموجات فوق الصوتية للمختبر حتى وحدات الموجات فوق الصوتية الصناعية 16kW للتصنيع التجاري، Hielscher الموجات فوق الصوتية وقد غطت.
لإنتاج تشتتات أنابيب نانوية كربونية عالية الجودة ، يجب التحكم في معلمات العملية بشكل جيد. السعة ودرجة الحرارة والضغط ووقت الاحتفاظ هي أهم المعلمات لتوزيع CNT المتساوي. الموجات فوق الصوتية Hielscher لا تسمح فقط للسيطرة الدقيقة على كل معلمة، يتم تسجيل جميع المعلمات عملية تلقائيا على بطاقة SD المتكاملة من أنظمة الموجات فوق الصوتية الرقمية Hielscher. يساعد بروتوكول كل عملية صوتنة على ضمان نتائج قابلة للتكرار وجودة متسقة. عبر التحكم في المتصفح عن بعد ، يمكن للمستخدم تشغيل ومراقبة جهاز الموجات فوق الصوتية دون أن يكون على موقع نظام الموجات فوق الصوتية.
نظرا لأن الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWNTs) والأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWNTs) بالإضافة إلى الوسط المائي أو المذيب المختار تتطلب كثافة معالجة محددة ، فإن السعة فوق الصوتية هي عامل رئيسي عندما يتعلق الأمر بالمنتج النهائي. Hielscher الفوق صوتيات’ يمكن للمعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية تقديم سعات عالية جدا وكذلك خفيفة جدا. حدد السعة المثالية لمتطلبات العملية الخاصة بك. حتى السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر يمكن تشغيلها بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
عملائنا راضون عن المتانة والموثوقية المعلقة لأنظمة Hielscher Ultrasonic. يضمن التثبيت في مجالات التطبيقات الشاقة والبيئات الصعبة والتشغيل 24/7 معالجة فعالة واقتصادية. تكثيف العملية بالموجات فوق الصوتية يقلل من وقت المعالجة ويحقق نتائج أفضل ، أي جودة أعلى ، غلة أعلى ، منتجات مبتكرة.
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 |
ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- Biver T.; Criscitiello F.; Di Francesco F.; Minichino M.; Swager T.; Pucci A. (2015): MWCNT/Perylene bisimide Water Dispersions for Miniaturized Temperature Sensors. RSC Advances 5: 2015. 65023–65029.
- Chiou K.; Byun S.; Kim J.; Huang J. (2018): Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. PNAS Vol. 115, No. 22, 2018. 5703–5708.
- Huang, Y.Y:; Terentjev E.M. (2012): Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties. Polymers 2012, 4, 275-295.
- Krause B.; Mende M.; Petzold G.; Pötschke P. (2010): Characterization on carbon nanotubes’ dispersability using centrifugal sedimentation analysis in aqueous surfactant dispersions. Conference paper ANTEC 2010, Orlando, USA, May 16-20 2010.
- Paredes J.I.; Burghard M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length. Langmuir 2004, 20, 5149-5152.
- Santos A.; Amorim L.; Nunes J.P.; Rocha L.A.; Ferreira Silva A.; Viana J.C. (2019): A Comparative Study between Knocked-Down Aligned Carbon Nanotubes and Buckypaper-Based Strain Sensors. Materials 2019, 12, 2013.
- Szelag M. (2017): Mechano-Physical Properties and Microstructure of Carbon Nanotube Reinforced Cement Paste after Thermal Load. Nanomaterials 7(9), 2017. 267.
حقائق تستحق المعرفة
أنابيب الكربون النانوية
الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) هي جزء من فئة خاصة من مواد الكربون أحادية البعد ، والتي تظهر خصائص ميكانيكية وكهربائية وحرارية وبصرية استثنائية. وهي مكون رئيسي يستخدم في تطوير وإنتاج المواد النانوية المتقدمة مثل المركبات النانوية والبوليمرات المقواة وما إلى ذلك ، وبالتالي فهي تستخدم في أحدث التقنيات. تكشف الأنابيب النانوية الكربونية عن قوة شد عالية جدا ، وخصائص نقل حراري فائقة ، وفجوات منخفضة النطاق ، واستقرار كيميائي وفيزيائي مثالي ، مما يجعل الأنابيب النانوية مادة مضافة واعدة للمواد المتعددة.
اعتمادا على هيكلها ، يتم تمييز الأنابيب النانوية الكربونية إلى أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار (SWNTs) ، وأنابيب نانوية كربونية مزدوجة الجدران (DWCNTs) ، وأنابيب نانوية كربونية متعددة الجدران (MWNTs).
SWNTs عبارة عن أنابيب أسطوانية طويلة مجوفة مصنوعة من جدار كربوني بسمك ذرة واحدة. يتم ترتيب الصفيحة الذرية للكربون في شبكة قرص العسل. في كثير من الأحيان ، تتم مقارنتها من الناحية المفاهيمية بالأوراق الملفوفة من الجرافيت أو الجرافين أحادي الطبقة.
تتكون DWCNTs من أنبوبين نانويين أحاديي الجدار ، أحدهما متداخل داخل الآخر.
MWNTs هي شكل CNT ، حيث يتم تداخل العديد من الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار داخل بعضها البعض. نظرا لأن قطرها يتراوح بين 3-30 نانومتر ويمكن أن تنمو بطول عدة سنتيمترات ، يمكن أن تتراوح نسبة العرض إلى الارتفاع بين 10 وعشرة ملايين. بالمقارنة مع ألياف الكربون النانوية ، فإن MWNTs لها هيكل جدار مختلف ، وقطر خارجي أصغر ، وداخلية مجوفة. الأنواع المتاحة صناعيا بشكل شائع من MWNTs هي على سبيل المثال Baytubes® C150P و Nanocyl® NC7000 و Arkema Graphistrength® C100 و FutureCarbon CNT-MW.
توليف الأنابيب النانوية الكربونيةيمكن إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية بطريقة التوليف القائمة على البلازما أو طريقة تبخر تفريغ القوس أو طريقة الاستئصال بالليزر أو عملية التخليق الحراري أو ترسيب البخار الكيميائي (CVD) أو ترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما.:
تشغيل الأنابيب النانوية الكربونيةلتحسين خصائص الأنابيب النانوية الكربونية وجعلها بالتالي أكثر ملاءمة لتطبيق معين ، غالبا ما تعمل الأنابيب النانوية الكربونية ، على سبيل المثال عن طريق إضافة مجموعات حمض الكربوكسيل (-COOH) أو الهيدروكسيل (-OH).:
إضافات تشتيت CNT
هناك عدد قليل من المذيبات مثل الأحماض الفائقة والسوائل الأيونية و N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone قادرة على تحضير مشتتات عالية التركيز نسبيا من الأنابيب النانوية الكربونية ، في حين أن المذيبات الأكثر شيوعا للأنابيب النانوية ، مثل N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) و dimethylformamide (DMF) و 1،2-dichrolobenzene ، يمكن أن تشتت الأنابيب النانوية فقط بتركيزات منخفضة جدا (على سبيل المثال ، عادة <0.02 بالوزن٪ من الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار). عوامل التشتت الأكثر شيوعا هي البولي فينيل بيروليدون (PVP) ، صوديوم دوديسيل بنزين سلفونات (SDBS) ، تريتون 100 ، أو صوديوم دوديسيل سلفونات (SDS).
Cresols هي مجموعة من المواد الكيميائية الصناعية التي يمكنها معالجة الأنابيب النانوية الكربونية بتركيزات تصل إلى عشرات في المائة من الوزن ، مما يؤدي إلى انتقال مستمر من التشتت المخفف ، والمعاجين السميكة ، والمواد الهلامية القائمة بذاتها إلى حالة غير مسبوقة تشبه عجينة اللعب ، مع زيادة تحميل CNT. تظهر هذه الحالات خصائص ريولوجية ولزجة مرنة تشبه البوليمر ، والتي لا يمكن تحقيقها مع المذيبات الشائعة الأخرى ، مما يشير إلى أن الأنابيب النانوية مفصولة بالفعل ومشتتة بدقة في الكريزول. يمكن إزالة الكريزول بعد المعالجة عن طريق التسخين أو الغسيل ، دون تغيير سطح الأنابيب النانوية الكربونية. [Chiou et al. 2018]
تطبيقات تشتت CNT
لاستخدام فوائد الأنابيب النانوية الكربونية ، يجب أن تنتشر في سائل مثل البوليمرات ، تستخدم الأنابيب النانوية الكربونية المشتتة بالتساوي لتصنيع البلاستيك الموصل ، وشاشات الكريستال السائل ، والثنائيات العضوية الباعثة للضوء ، والشاشات التي تعمل باللمس ، والشاشات المرنة ، والخلايا الشمسية ، والأحبار الموصلة ، ومواد التحكم الثابتة ، بما في ذلك الأفلام ، والرغاوي ، والألياف ، والأقمشة ، وطلاء البوليمر والمواد اللاصقة ، ومركبات البوليمر عالية الأداء مع قوة ميكانيكية استثنائية وصلابة ، ألياف مركبة من البوليمر / CNT ، بالإضافة إلى مواد خفيفة الوزن ومضادة للكهرباء الساكنة.