Karbon nanoborucuqlarının ultrasəs dispersiyası (CNT)

Karbon nanoborular güclü və çevikdir, lakin çox yapışqandır. Onların su, etanol, yağ, polimer və ya epoksi qatranı kimi mayelərə yayılması çətindir. Ultrasəs diskret əldə etmək üçün təsirli bir üsuldur – tək səpələnmiş – karbon nanoborular.

Karbon nanoboruları (CNT) elektrik avadanlıqlarında və elektrostatik boya ilə rənglənən avtomobil kuzov panellərində statik yükləri dağıtmaq üçün yapışqanlar, örtüklər və polimerlər və plastiklərdə elektrik keçirici doldurucular kimi istifadə olunur. Nanoboruların istifadəsi ilə polimerlər temperaturlara, sərt kimyəvi maddələrə, aşındırıcı mühitlərə, həddindən artıq təzyiqlərə və aşınmaya qarşı daha davamlı hala gətirilə bilər. Karbon nanoborular iki kateqoriyaya bölünür: tək divarlı nanoborular (SWNT) və çox divarlı nanoborular (MWNT).

Karbon nanoborular ümumiyyətlə quru material kimi mövcuddur, məsələn, şirkətlərdən, məsələn SES Araşdırması və ya CNT Co., Ltd. Nanoborucuqlardan maksimum potensialına qədər istifadə etmək üçün deaqlomerasiya üçün sadə, etibarlı və genişlənə bilən proses lazımdır. 100,000cP-ə qədər olan mayelər üçün ultrasəs, aşağı və ya yüksək konsentrasiyalarda suda, yağda və ya polimerlərdə nanoboruların yayılması üçün çox effektiv texnologiyadır. Maye jet axınlarından qaynaqlanır ultrasəs kavitasiyası, nanoborular arasındakı birləşmə qüvvələrinin öhdəsindən gəlin və boruları ayırın. Ultrasəslə yaradılan kəsmə qüvvələri və mikro turbulentlər səbəbindən ultrasəs nanoborucuqların digər materiallarla səthi örtülməsinə və kimyəvi reaksiyasına da kömək edə bilər.

Ümumiyyətlə, qaba nanoboru-dispersiya əvvəlcə standart bir qarışdırıcı ilə əvvəlcədən qarışdırılır və sonra ultrasəs axını hüceyrə reaktorunda homogenləşdirilir. Aşağıdakı videoda laboratoriya sınağı göstərilir (a UP400S) çoxdivarlı karbon nanoborucuqlarının aşağı konsentrasiyada suda yayılması. Karbonun kimyəvi təbiətinə görə nanoborucuqların suda dispersiya davranışı olduqca çətindir. Videoda göstərildiyi kimi, ultrasəsləşdirmənin nanoborucuqları effektiv şəkildə dağıtmağa qadir olduğunu asanlıqla nümayiş etdirmək olar.

Yüksək uzunluqlu fərdi SWNT-lərin dağılması

SWNT-lərin emalı və manipulyasiyası üçün əsas problem boruların ümumi üzvi həlledicilərdə və suda həll olunmamasıdır. SWNT-lər və həlledici arasında uyğun interfeys yaratmaq üçün nanotubun yan divarının və ya açıq uclarının funksionallaşdırılması əsasən SWNT iplərinin qismən aşınmasına səbəb olur.
Nəticədə, SWNT-lər adətən tam təcrid olunmuş fərdi obyektlər deyil, paketlər şəklində səpələnir. Dispersiya zamanı çox sərt şərtlər tətbiq edildikdə, SWNTs 80 və 200 nm arasında olan uzunluğa qısaldılır. Bu müəyyən testlər üçün faydalı olsa da, bu uzunluq əksər praktik tətbiqlər üçün, məsələn, yarımkeçirici və ya gücləndirici SWNT-lər üçün çox kiçikdir. Nəzarət olunan, yumşaq ultrasəs müalicəsi (məs 40 mm sonotrode ilə UP200Ht) uzun fərdi SWNT-lərin sulu dispersiyalarını hazırlamaq üçün effektiv prosedurdur. Yüngül ultrasəsləmə ardıcıllığı qısalmanı minimuma endirir və struktur və elektron xassələrin maksimum qorunmasına imkan verir.

SWNT-nin Polimer-Assisted Ultrasonication ilə təmizlənməsi

SWNT-lərin kimyəvi modifikasiyasını molekulyar səviyyədə öyrənmək çətindir, çünki təmiz SWNT-ləri əldə etmək çətindir. Yetişən SWNT-lər metal hissəcikləri və amorf karbonlar kimi bir çox çirkləri ehtiva edir. Poli(metil metakrilat) PMMA-nın monoklorobenzol (MCB) məhlulunda SWNT-lərin ultrasəslənməsi, sonra filtrasiya SWNT-ləri təmizləmək üçün effektiv bir yoldur. Bu polimerin köməyi ilə təmizlənmə üsulu böyüyən SWNT-lərdən çirkləri effektiv şəkildə təmizləməyə imkan verir. (Yudasaka və başqaları.) Ultrasəs amplitüdünün dəqiq idarə edilməsi SWNT-lərə dəyən zərərləri məhdudlaşdırmağa imkan verir.

Hielscher's ultrasəs cihazlarının geniş çeşidi və nanoboruların səmərəli dispersiyası üçün aksesuarlar.

• Kompakt laboratoriya cihazları qədər 400 vatt ultrasəs gücü 2 litrə qədər kiçik həcmlərə dağılmaq üçün
• UIP500hdT, UIP1000hdT və UIP1500hdT daha böyük həcmləri emal edə bilən ultrasəs prosessorlarıdır.
• Ultrasəs sistemləri 2kW (UIP2000hdT) və 4kW (UIP4000hdT) karbon nanoboruların istehsal miqyasında dispersiyasında istifadə edilə bilər UIP10000 (10 kilovat) və UIP16000 (16 kilovat) karbon nanoborucuqlarının geniş miqyaslı emalı üçün bir neçə fərdi bölmənin klasterlərində istifadə oluna bilər.”

Ədəbiyyat

• 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.