Təkdivarlı karbon nanoborularını ayrı-ayrılıqda necə dispersləşdirmək olar

Təkdivarlı karbon nanoboruları (SWNTs və ya SWCNTs) unikal xüsusiyyətlərə malikdir, lakin bu xüsusiyyətlərin üzə çıxması üçün onlar ayrı-ayrılıqda dispersləşdirilməlidir. Təkdivarlı karbon nanoborularının müstəsna xüsusiyyətlərindən tam istifadə etmək üçün boruların dolaşıqları mümkün qədər tam açılmalıdır. Digər nanohissəciklər kimi SWNTs də çox yüksək cazibə qüvvələri nümayiş etdirir, buna görə etibarlı deaqlomerasiya və dispersləşdirmə üçün güclü və səmərəli üsul tələb olunur. Adi qarışdırma üsulları SWNTs-in dolaşıqlarını onlara zərər vermədən açmaq üçün tələb olunan intensivliyi təmin etmədiyi halda, yüksək güclü ultrasəsin SWCNTs-in dolaşıqlarını açdığı və onları dispersləşdirdiyi sübut edilmişdir. Ultrasəslə yaradılan kavitasiya kəsilmə qüvvələri bağlanma qüvvələrini aşmaq üçün kifayət qədər güclüdür, ultrasəsin intensivliyi isə SWCNTs-in zədələnməsinin qarşısını almaq üçün dəqiq tənzimlənə bilər.

Problem:

Təkdivarlı karbon nanoboruları (SWCNTs) çoxdivarlı karbon nanoborularından (MWNTs/ MWCNTs) elektrik xüsusiyyətlərinə görə fərqlənir. SWCNTs-in qadağan olunmuş zonasının eni sıfırdan 2 eV-a qədər dəyişə bilər və onların elektrik keçiriciliyi metal və ya yarımkeçirici davranış nümayiş etdirir. Təkdivarlı karbon nanoboruları yüksək koheziyaya malik olduğundan, SWCNTs-in emalında əsas maneələrdən biri boruların üzvi həlledicilərdə və ya suda təbiətən həll olmamasıdır. SWCNTs-in bütün potensialından istifadə etmək üçün boruların sadə, etibarlı və miqyaslandırıla bilən deaqlomerasiya prosesi tələb olunur. Xüsusilə, SWCNTs ilə üzvi həlledici arasında uyğun fazalararası səth yaratmaq məqsədilə CNT-nin yan divarlarının və ya açıq uclarının funksionallaşdırılması SWCNTs-in yalnız qismən ayrılmasına səbəb olur. Buna görə SWCNTs əsasən ayrı-ayrı deaqlomerasiya olunmuş liflər şəklində deyil, dəstələr şəklində dispersləşdirilir. Dispersləşdirmə zamanı şərait həddindən artıq sərt olarsa, SWCNTs qısalaraq 80 ilə 200nm arasında uzunluğa malik olacaq. Praktik tətbiqlərin əksəriyyəti, yəni yarımkeçirici və ya möhkəmləndirici SWCNTs üçün bu uzunluq çox kiçikdir.

Həll:

Ultrasəs emalı karbon nanoborularının dispersləşdirilməsi və deaqlomerasiyası üçün çox effektiv üsuldur, çünki yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayelərdə kavitasiya yaradır. Maye mühitlərdə yayılan səs dalğaları tezlikdən asılı sürətlə bir-birini əvəz edən yüksək təzyiq (sıxılma) və aşağı təzyiq (seyrəkləşmə) dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövründə yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Qabarcıqlar artıq enerji uda bilmədikləri həcmə çatdıqda, yüksək təzyiq dövründə şiddətlə çökürlər. Bu hadisə kavitasiya adlanır. Daxilə çökmə zamanı lokal olaraq çox yüksək temperaturlara (təqribən 5.000K) və təzyiqlərə (təqribən 2.000atm) çatılır. Kavitasiya qabarcığının daxilə çökməsi həmçinin sürəti 280m/s-ə qədər olan maye şırnaqları yaradır. Bu maye şırnaqları ultrasəs kavitasiyası nəticəsində yaranaraq karbon nanoboruları arasındakı bağlanma qüvvələrini aşır və beləliklə, nanoborular deaqlomerasiya olunur. Yumşaq, nəzarət olunan ultrasəs emalı uzunluğu böyük olan dispersləşdirilmiş SWCNTs-in səthi aktiv maddə ilə stabilləşdirilmiş suspenziyalarını yaratmaq üçün uyğun üsuldur. SWCNTs-in nəzarət olunan istehsalı üçün Hielscher şirkətinin ultrasəs prosessorları ultrasəs parametrləri dəstlərinin geniş diapazonunda işləməyə imkan verir. Ultrasəs amplitudası, mayenin təzyiqi və mayenin tərkibi konkret materiala və prosesə uyğun olaraq dəyişdirilə bilər. Bu, müxtəlif tənzimləmə imkanları təqdim edir, məsələn:

• 170 mikrona qədər sonotrod amplitudaları
• 10 bara qədər maye təzyiqləri
• 15L/min-ə qədər maye axın sərfləri (prosesdən asılı olaraq)
• 80 degC-yə qədər maye temperaturları (digər temperaturlar sorğu əsasında)
• 100.000cp-yə qədər material özlülüyü

 

Bundan əlavə, polimerin köməyi ilə təmizləmə üsulu kimi ultrasəs emalı yetişdirildiyi vəziyyətdə olan SWCNTs-dən qarışıqları effektiv şəkildə uzaqlaşdırmağa imkan verir. SWCNTs-in kimyəvi modifikasiyasını molekulyar səviyyədə öyrənmək çətindir, çünki təmiz SWNTs əldə etmək çətindir. Yetişdirildiyi vəziyyətdə olan SWCNTs metal hissəcikləri və amorf karbonlar kimi çoxlu qarışıqlar ehtiva edir. SWCNTs-in poli(metil metakrilatın) PMMA monoxlorbenzol (MCB) məhlulunda ultrasəslə emal edilməsi və ardınca filtrlənməsi SWCNTs-i təmizləməyin effektiv yoludur. Polimerin köməyi ilə aparılan bu təmizləmə üsulu yetişdirildiyi vəziyyətdə olan SWCNTs-dən qarışıqları effektiv şəkildə uzaqlaşdırmağa imkan verir. Ultrasəs emalının amplitudasına dəqiq nəzarət SWCNTs-in zədələnməsinin qarşısını almağa və ya zədələnməni məhdudlaşdırmağa imkan verir.

Ultrasəs avadanlığı

Hielscher istənilən həcmin ultrasəs emalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs prosessorları təklif edir. Qruplar şəklində quraşdırıla bilən, gücü 50 vattdan 16.000 vatta qədər olan ultrasəs cihazları həm laboratoriyada, həm də sənayedə hər bir tətbiq üçün uyğun ultrasəs cihazını tapmağa imkan verir. Nanoboruların mürəkkəb dispersləşdirilməsi üçün fasiləsiz ultrasəs emalı tövsiyə olunur. Hielscher şirkətinin axın hüceyrələrindən istifadə etməklə CNT-ləri polimerlər, yüksək özlülüklü ərintilər və termoplastlar kimi yüksək özlülüyə malik mayelərdə dispersləşdirmək mümkün olur.

Nanoboruların yüksək güclü ultrasəslə dispersləşdirilməsi və modifikasiyası haqqında daha çox oxumaq üçün buraya klikləyin!