Ultrasəs emalı ilə bərabər dispersləşdirilmiş CNT-lər

Karbon nanoborularının (CNT-lərin) müstəsna funksional xüsusiyyətlərindən istifadə etmək üçün onlar homogen şəkildə dispersləşdirilməlidir.
Ultrasəs dispersləşdiriciləri CNT-ləri sulu və həlledici əsaslı suspenziyalarda paylamaq üçün ən çox istifadə olunan vasitədir.
Ultrasəslə dispersləşdirmə texnologiyası CNT-ləri zədələmədən tam ayırmaq üçün kifayət qədər yüksək sürüşmə enerjisi yaradır.

Karbon nanoborularının ultrasəslə dispersləşdirilməsi

Karbon nanoboruları (CNT-lər) çox yüksək uzunluq-diametr nisbətinə, aşağı sıxlığa və nəhəng səth sahəsinə (bir neçə yüz m2/g) malikdir. Bu, onlara çox yüksək dartılma möhkəmliyi, sərtlik və sınmaya qarşı dayanıqlıq, eləcə də çox yüksək elektrik və istilik keçiriciliyi kimi unikal xüsusiyyətlər verir. Ayrı-ayrı karbon nanoborularını (CNT-ləri) bir-birinə cəzb edən Van der Waals qüvvələri səbəbindən CNT-lər adətən dəstələr və ya yumaqlar şəklində düzülür. Bu molekullararası cazibə qüvvələri qonşu nanoborular arasında π-stekinq kimi tanınan π-rabitələrin üst-üstə yığılması hadisəsinə əsaslanır. Karbon nanoborularının üstünlüklərindən tam yararlanmaq üçün bu aqlomeratlar açılmalı və CNT-lər homogen dispersiyada bərabər paylanmalıdır. İntensiv ultrasəs emalı mayelərdə akustik kavitasiya yaradır. Bunun nəticəsində yaranan yerli sürüşmə gərginliyi CNT aqreqatlarını parçalayır və onları homogen suspenziyada bərabər dispersləşdirir. Ultrasəslə dispersləşdirmə texnologiyası CNT-ləri zədələmədən tam ayırmaq üçün kifayət qədər yüksək sürüşmə enerjisi yaradır. Hətta həssas SWNT-ləri də fərdi şəkildə ayırmaq üçün ultrasəs emalı uğurla tətbiq edilir. Ultrasəs emalı ayrı-ayrı nanoborularda çoxlu qırılma yaratmadan SWNT aqreqatlarını ayırmaq üçün məhz kifayət edən gərginlik səviyyəsini təmin edir (Huang, Terentjev 2012).

CNT-lərin ultrasəslə dispersləşdirilməsinin üstünlükləri

Fərdi şəkildə dispersləşdirilmiş CNT-lər
Homogen paylanma
Yüksək dispersləşdirmə səmərəliliyi
Yüksək CNT miqdarı
CNT-lərin deqradasiyaya uğramaması
Sürətli emal
Prosesə dəqiq nəzarət

Ultrasəslə sintez edilmiş nanomayelər səmərəli soyuducular və istilik mübadiləsi mayeləridir. İstilikkeçirici nanomateriallar istilikötürmə və istiliyi yayma qabiliyyətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Ultrasəs emalı istilikkeçirici nanohissəciklərin sintezi və funksionallaşdırılmasında, eləcə də soyutma tətbiqləri üçün sabit, yüksək məhsuldarlıqlı nanomayelərin istehsalında geniş istifadə olunan üsuldur.

CNT dispersiyaları üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs sistemləri

Hielscher Ultrasonics CNT-lərin səmərəli dispersləşdirilməsi üçün güclü və etibarlı ultrasəs avadanlığı təchiz edir. İstər analiz, tədqiqat və inkişaf üçün kiçik CNT nümunələri hazırlamaq, istərsə də böyük həcmli dispersiyaların iri sənaye partiyalarını istehsal etmək lazım olsun, Hielscher şirkətinin məhsul çeşidi tələblərinizə uyğun ideal ultrasəs sistemini təklif edir. Bu çeşidlə 50W ultrasəs cihazları ilə laboratoriya işlərindən 16kW sənaye ultrasəs qurğuları ilə kommersiya istehsalına qədər Hielscher Ultrasonics ehtiyaclarınızı qarşılayır.
Yüksək keyfiyyətli karbon nanoborusu dispersiyaları istehsal etmək üçün proses parametrlərinə yaxşı nəzarət edilməlidir. Amplituda, temperatur, təzyiq və qalma müddəti CNT-lərin bərabər paylanması üçün ən mühüm parametrlərdir. Hielscher şirkətinin ultrasəs cihazları hər bir parametrə dəqiq nəzarət etməyə imkan verir, həmçinin bütün proses parametrləri Hielscher şirkətinin rəqəmsal ultrasəs sistemlərinin daxili SD kartında avtomatik qeydə alınır. Hər ultrasəs emalı prosesinin protokolu təkrarlana bilən nəticələri və sabit keyfiyyəti təmin etməyə kömək edir. Brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə istifadəçiyə ultrasəs sisteminin yerləşdiyi yerdə olmadan ultrasəs cihazını idarə etməyə və izləməyə imkan verir.
Təkdivarlı karbon nanoboruları (SWNTs), çoxdivarlı karbon nanoboruları (MWNTs), eləcə də seçilmiş sulu və ya həlledici mühit xüsusi emal intensivlikləri tələb etdiyindən, ultrasəs amplitudası son məhsul üçün əsas amildir. Hielscher Ultrasonics şirkətinin sənaye ultrasəs prosessorları həm çox yüksək, həm də çox aşağı amplitudalar təmin edə bilir. Proses tələbləriniz üçün ideal amplitudanı müəyyən edin. Hətta 200µm amplitudaya qədər belə 24/7 rejimində fasiləsiz işləmək asanlıqla mümkündür. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Hielscher şirkətinin ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş yükü altında və çətin mühitlərdə 24/7 rejimində işləməyə imkan verir.
Müştərilərimiz Hielscher Ultrasonic şirkətinin sistemlərinin müstəsna möhkəmliyindən və etibarlılığından məmnundurlar. Ağır iş yükü olan tətbiq sahələrində və çətin mühitlərdə quraşdırılması, eləcə də 24/7 rejimində işləməsi səmərəli və qənaətli emalı təmin edir. Ultrasəs vasitəsilə prosesin intensivləşdirilməsi emal müddətini azaldır və daha yaxşı nəticələrə, yəni daha yüksək keyfiyyətə, daha yüksək məhsul çıxımına və innovativ məhsullara nail olmağa imkan verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:

Partiyanın həcmi	Axın sürəti	Tövsiyə olunan cihazlar
0,5–1,5mL	n.a.	VialTweeter
1–500mL	10–200mL/min	UP100H
10–2000mL	20–400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20L	0,2–4L/min	UIP2000hdT
10–100L	2–10L/min	UIP4000hdT
n.a.	10–100L/min	UIP16000
n.a.	daha yüksək	Qurğular klasteri: UIP16000

Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!

Karbon nanoborularının ultrasəslə dispersləşdirilməsi: Hielscher UP400S (400W) ultrasonikatoru karbon nanoborularını sürətlə və səmərəli şəkildə dispersləşdirir və dolaşıqlarını açaraq ayrı-ayrı nanoborulara ayırır.

Əlaqəli mövzular

Ədəbiyyat / İstinadlar

SOP – Ultrasonic Dispersion of Multi-Walled Carbon-Nanotubes using the UP400ST Sonicator – Hielscher Ultrasonics
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.

Bilməyə dəyər faktlar

Karbon nanoboruları nədir

Karbon nanoboruları (CNT-lər) müstəsna mexaniki, elektrik, istilik və optik xüsusiyyətlər göstərən birölçülü karbon materiallarının xüsusi sinfinə daxildir. Onlar nanokompozitlər, möhkəmləndirilmiş polimerlər və s. kimi qabaqcıl nanomaterialların hazırlanması və istehsalında istifadə olunan əsas komponentlərdən biridir və buna görə də ən müasir texnologiyalarda tətbiq edilir. CNT-lər çox yüksək dartılma möhkəmliyinə, üstün istilik ötürmə xüsusiyyətlərinə, kiçik qadağan olunmuş zona eninə və optimal kimyəvi və fiziki sabitliyə malikdir. Bu, nanoboruları müxtəlif materiallar üçün perspektivli əlavə edir.
Strukturundan asılı olaraq CNTS təkdivarlı karbon nanoborularına (SWNT-lər), ikidivarlı karbon nanoborularına (DWCNT-lər) və çoxdivarlı karbon nanoborularına (MWNT-lər) bölünür.
SWNT-lər bir atom qalınlığında karbon divarından ibarət içiboş, uzun silindrik borulardır. Karbon atomları təbəqəsi arı pətəyi formalı qəfəsdə düzülür. Onlar çox vaxt anlayış baxımından rulon şəklində bükülmüş birqatlı qrafit və ya qrafen təbəqələrinə bənzədilir.
DWCNT-lər biri digərinin daxilində yerləşən iki təkdivarlı nanoborudan ibarətdir.
MWNT-lər bir neçə təkdivarlı karbon nanoborusunun bir-birinin daxilində yerləşdiyi CNT formasıdır. Diametrləri 3–30 nm arasında dəyişdiyindən və uzunluqları bir neçə cm-ə çata bildiyindən, uzunluq-diametr nisbətləri 10 ilə on milyon arasında dəyişə bilər. Karbon nanolifləri ilə müqayisədə MWNT-lər fərqli divar strukturuna, daha kiçik xarici diametrə və içiboş daxili hissəyə malikdir. Sənaye üçün mövcud olan və geniş istifadə edilən MWNT növlərinə, məsələn, Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 və FutureCarbon CNT-MW daxildir.
CNT-lərin sintezi: CNT-lər plazma əsaslı sintez üsulu və ya qövs boşalması ilə buxarlandırma üsulu, lazer ablasiyası üsulu, termiki sintez prosesi, kimyəvi buxar çökdürülməsi (CVD) və ya plazma ilə gücləndirilmiş kimyəvi buxar çökdürülməsi vasitəsilə istehsal edilə bilər.
CNT-lərin funksionallaşdırılması: Karbon nanoborularının xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq və bununla onları müəyyən bir tətbiqə daha uyğun etmək üçün CNT-lər çox vaxt funksionallaşdırılır, məsələn, karboksil turşusu (-COOH) və ya hidroksil (-OH) qrupları əlavə edilir.

CNT-lərin dispersləşdirilməsi üçün əlavələr

Super turşular, ion mayeləri və N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone kimi bəzi həlledicilər CNT-lərin nisbətən yüksək konsentrasiyalı dispersiyalarını hazırlamağa imkan verir, halbuki N-metil-2-pirrolidon (NMP), dimetilformamid (DMF) və 1,2-dichrolobenzene kimi nanoborular üçün ən çox istifadə olunan həlledicilər nanoboruları yalnız çox aşağı konsentrasiyalarda dispersləşdirə bilir (məsələn, təkdivarlı CNT-lər üçün adətən <0,02 wt%). Ən çox istifadə olunan dispersləşdirici maddələr polivinilpirrolidon (PVP), natrium dodesilbenzol sulfonat (SDBS), Triton 100 və ya natrium dodesil sulfonatdır (SDS).
Krezollar CNT-ləri onlarla kütlə faizinə qədər konsentrasiyalarda emal edə bilən sənaye kimyəvi maddələri qrupudur. CNT miqdarı artdıqca duru dispersiyalardan, qatı pastalardan və öz formasını saxlayan gellərdən əvvəllər rast gəlinməmiş oyun xəmirinə bənzər vəziyyətə fasiləsiz keçid baş verir. Bu vəziyyətlər digər geniş istifadə olunan həlledicilərlə əldə edilə bilməyən polimerəbənzər reoloji və özlü-elastik xüsusiyyətlər göstərir. Bu da nanoboruların krezollarda həqiqətən aqreqatlardan ayrıldığını və incə şəkildə dispersləşdirildiyini göstərir. Emaldan sonra krezollar CNT-lərin səthini dəyişdirmədən qızdırma və ya yuma yolu ilə çıxarıla bilər. [Chiou et al. 2018]

CNT dispersiyalarının tətbiqləri

CNT-lərin üstünlüklərindən istifadə etmək üçün onlar polimerlər kimi bir mayedə dispersləşdirilməlidir. Bərabər dispersləşdirilmiş CNT-lər keçirici plastiklərin, maye kristal displeylərin, üzvi işıqsaçan diodların, toxunma ekranlarının, çevik displeylərin, günəş elementlərinin, keçirici mürəkkəblərin, o cümlədən plyonkalar, köpüklər, liflər və parçalar şəklində statik elektrikə nəzarət materiallarının, polimer örtüklərin və yapışdırıcıların, müstəsna mexaniki möhkəmliyə və sınmaya qarşı dayanıqlığa malik yüksək performanslı polimer kompozitlərin, polimer/CNT kompozit liflərinin, eləcə də yüngül və antistatik materialların istehsalında istifadə olunur.

Karbonun hansı formaları var?
Karbon bir neçə allotrop formada mövcuddur, o cümlədən:

Kristallik formalar: almaz, qrafit, qrafen, karbon nanoboruları (CNT-lər), fullerenlər (məsələn, C₆₀).
Amorf formalar: ağac kömürü, his, texniki karbon, şüşəyəbənzər karbon, almazabənzər karbon (DLC), birqatlı amorf karbon (MAC).
Hibrid nanostrukturlar: nanoalmazlar, karbon soğanaqları, karbon aerogelləri və nanokarbon-metal hibridləri kimi kompozitlər.

Hər bir forma materialşünaslıq, elektronika və enerji saxlama sahələrindəki tətbiqlər üçün əhəmiyyətli olan fərqli fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlər göstərir.