Karbon nanoboruların (CNT) ultrasəslə dispersləşdirilməsi
Karbon nanoborular möhkəm və elastikdir, lakin bir-birinə çox güclü yapışırlar. Onları su, etanol, yağ, polimer və ya epoksid qatranı kimi mayelərdə dispersləşdirmək çətindir. Ultrasəs ayrı-ayrı – fərdi şəkildə dispersləşdirilmiş – karbon nanoborular əldə etmək üçün səmərəli üsuldur.
Karbon nanoborular (CNT) yapışdırıcılarda, örtüklərdə və polimerlərdə, həmçinin elektrik avadanlıqlarında və elektrostatik üsulla rənglənə bilən avtomobil kuzov panellərində statik yükləri yaymaq üçün plastiklərdə elektrik keçirici doldurucular kimi istifadə olunur. Nanoborulardan istifadə etməklə polimerləri temperaturlara, aqressiv kimyəvi maddələrə, korroziyalı mühitlərə, ifrat təzyiqlərə və aşınmaya qarşı daha davamlı etmək mümkündür. Karbon nanoboruların iki kateqoriyası var: birdivarlı nanoborular (SWNT) və çoxdivarlı nanoborular (MWNT).
Sənaye ultrasəs homogenizatoru UIP1500hdT karbon nanoboruların (CNT) və digər nanomaterialların dispersləşdirilməsi üçün.
Karbon nanoborular adətən quru material şəklində mövcuddur, məsələn, onları bu kimi şirkətlərdən əldə etmək olar: SES Research və ya CNT Co., Ltd. Nanoboruların potensialından maksimum istifadə etmək üçün aqlomeratların parçalanmasını təmin edən sadə, etibarlı və miqyası artırıla bilən proses lazımdır. Özlülüyü 100.000cP-yə qədər olan mayelər üçün ultrasəs nanoboruların suda, yağda və ya polimerlərdə aşağı və ya yüksək konsentrasiyalarda dispersləşdirilməsi üçün çox səmərəli texnologiyadır. Ultrasəs kavitasiyası nəticəsində yaranan maye şırnaqları, nanoborular arasındakı birləşdirici qüvvələri dəf edir və boruları bir-birindən ayırır. Ultrasəslə yaradılan kəsilmə qüvvələri və mikroturbulentlik sayəsində ultrasəs nanoboruların səthinin örtülməsinə və digər materiallarla kimyəvi reaksiyasına da kömək edə bilər.
Adətən, nanoboruların qaba dispersiyası əvvəlcə standart qarışdırıcı ilə ilkin qarışdırılır, sonra isə ultrasəs axın hüceyrəsi reaktorunda homogenləşdirilir. Aşağıdakı videoda çoxdivarlı karbon nanoboruların suda aşağı konsentrasiyada dispersləşdirildiyi laboratoriya sınağı göstərilir (partiya rejimində ultrasəslə emal üçün istifadə olunan cihaz: UP400S). Karbonun kimyəvi təbiətinə görə nanoboruların suda dispersləşməsi kifayət qədər çətindir. Videoda göstərildiyi kimi, ultrasəslə emalın nanoboruları səmərəli şəkildə dispersləşdirə bildiyini asanlıqla nümayiş etdirmək olar.
Zond tipli ultrasəslə emal vasitəsilə bərkidicidə dispersləşdirilmiş müxtəlif nanodoldurucuların müqayisəsi): (a) 0,5 wt% karbon nanolifi (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxid; (c) 0,5 wt% karbon nanoboru (CNT); (d) 0,5 wt% qismən dispersləşdirilmiş CNT.
Tədqiqat və şəkil: ©Zanghellini et al., 2021
Uzun fərdi SWNT-lərin dispersləşdirilməsi
SWNT-lərin emalı və onlarla işləmə zamanı əsas problemlərdən biri boruların adi üzvi həlledicilərdə və suda təbiətən həll olmamasıdır. SWNT-lərlə həlledici arasında uyğun fazalararası səth yaratmaq üçün nanoboruların yan divarlarının və ya açıq uclarının funksionallaşdırılması əksər hallarda yalnız SWNT-lərin kəndirəbənzər dəstələrinin qismən ayrılmasına gətirib çıxarır.
Nəticədə, SWNT-lər adətən tam təcrid olunmuş fərdi obyektlər şəklində deyil, dəstələr şəklində dispersləşdirilir. Dispersləşdirmə zamanı həddindən artıq sərt şərait tətbiq edildikdə SWNT-lər qısalaraq 80 və 200nm arasında uzunluqlara düşür. Bu, müəyyən sınaqlar üçün faydalı olsa da, yarımkeçirici və ya möhkəmləndirici SWNT-lər kimi əksər praktik tətbiqlər üçün bu uzunluq çox kiçikdir. Nəzarət olunan, mülayim ultrasəslə emal (məsələn, istifadə olunan cihaz: 40mm sonotrodlu UP200Ht) uzun fərdi SWNT-lərin sulu dispersiyalarını hazırlamaq üçün səmərəli prosedurdur. Ardıcıl mülayim ultrasəslə emal mərhələləri qısalmanı minimuma endirir və struktur və elektron xassələrin maksimum qorunmasına imkan verir.
Polimerin köməyi ilə ultrasəslə emal vasitəsilə SWNT-nin təmizlənməsi
SWNT-lərin kimyəvi modifikasiyasını molekulyar səviyyədə öyrənmək çətindir, çünki təmiz SWNT-lər əldə etmək çətindir. Sintez olunduğu vəziyyətdə olan SWNT-lərdə metal hissəcikləri və amorf karbon kimi çoxlu qarışıqlar olur. SWNT-lərin poli(metil metakrilat) PMMA-nın monoxlorbenzol (MCB) məhlulunda ultrasəslə emalı və ardınca filtrasiyası SWNT-lərin təmizlənməsi üçün səmərəli üsuldur. Polimerin köməyi ilə bu təmizləmə üsulu sintez olunduğu vəziyyətdə olan SWNT-lərdən qarışıqları səmərəli şəkildə çıxarmağa imkan verir. (Yudasaka et al.) Ultrasəslə emalın amplitudasına dəqiq nəzarət SWNT-lərin zədələnməsini məhdudlaşdırmağa imkan verir.
Hielscher şirkətinin geniş çeşiddə ultrasəs cihazları və nanoboruların səmərəli dispersləşdirilməsi üçün aksesuarları.
- Kompakt laboratoriya cihazları maksimum 400 vat ultrasəs gücü ilə 2 litrə qədər kiçik həcmlərdə dispersləşdirmə üçün
- UIP500hdT, UIP1000hdT və UIP1500hdT daha böyük həcmləri emal edə bilən ultrasəs prosessorlarıdır.
- Ultrasəs sistemləri – 2kW (UIP2000hdT) və 4kW (UIP4000hdT) karbon nanoboruların istehsal miqyasında dispersləşdirilməsi üçün istifadə oluna bilər. UIP10000 (10 kilovat) və UIP16000 (16 kilovat) karbon nanoboruların böyük miqyasda emalı üçün bir neçə ayrı qurğudan ibarət qruplarda istifadə oluna bilər.”
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
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.
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir: laboratoriya ölçüsündən başlayaraq sənaye ölçüsünə qədər.