Равномерната дисперсия на CNTs в мастила за 3D печат може да подобри свойствата на мастилото и да даде възможност за нови приложения в различни области. Сонда-тип ултразвук е високо надеждна диспергираща техника за производство на стабилни наносуспензии на CNTs в полимери.

Ефективна и стабилна CNT дисперсия в полимери поради ултразвук

Въглеродните нанотръби (CNTs) често се диспергират в силициеви масла за различни приложения поради техните уникални свойства. Дисперсията на CNTs в силициевите масла може да подобри механичните, топлинните и електрическите свойства на получените материали. Едно такова приложение е производството на CNT-легирани полимери за проводящи мастила за 3D печат, например за производство на добавки на биологична основа на носими тактилни сензори, специфични за пациента скелета за регенерация на тъкани и гъвкави ЕКГ и ЕЕГ електроди.
В допълнение, CNTs, диспергирани в силициеви масла, могат да се използват като проводящи мастила в електронни устройства, като гъвкави дисплеи и сензори. CNTs действат като проводими пътища, позволяващи потока на електрически ток.

Предимства на ултразвукова CNT / полимерна дисперсия

Ultrasonication е много ефективна диспергираща техника, която идва с няколко предимства. Предимствата на ултразвукова диспергиране на въглеродни нанотръби (CNTs) в полимери включват:

Общ протокол за ултразвуково производство на CNT / PDMS композити

Ultrasonication се използва за дисперсията на множество наноразмерни материали в полимери. Специфично и често използвано приложение е дисперсията на въглеродни нанотръби (CNTs) в диметилполисилоксан (PDMS), използвайки сонда тип ултразвук. За да се диспергират CNTs в PDMS матрицата, мощност ултразвук и получените ефекти от акустична кавитация се използват за разплитане на нанотръби и да ги смесват равномерно в наносуспензия. Сонда тип ултразвук е мощен метод за диспергиране CNTs поради способността му да генерира интензивни кавитация сили, които могат ефективно да се разпаднат и разпръснат агломерирани CNTs.
Ултразвуковото диспергиране е проста стъпка на обработка, която не изисква специфична предварителна или последваща обработка. Самото ултразвуково оборудване е безопасно и лесно за работа.
Процесът на дисперсия с помощта на сонда тип ултразвук обикновено включва следните стъпки:

1. Приготвяне на CNT-PDMS сместа: Предварително определено количество CNTs се добавя към PDMS матрицата и се смесват предварително с помощта на механична бъркалка. Интересното е, че чрез предварително диспергиране на CNTs в разтворител електрическата проводимост може да се увеличи. Най-добри резултати се постигат чрез тетрахидрофуран (THF), ацетон или хлороформ (сортирани по най-добри резултати).
2. Сонда тип ултразвук: Сместа се подлага на сонда тип ултразвук с помощта на ултразвукова сонда с висока интензивност, която генерира ултразвукови вълни с честота обикновено приблизително. 20 kHz. В зависимост от обема и формулировката, ултразвук обикновено се извършва в продължение на няколко минути, за да се осигури пълна дисперсия на CNTs.
3. Мониторинг на дисперсията: Дисперсията на CNTs се наблюдава с помощта на техники като сканираща електронна микроскопия (SEM), трансмисионна електронна микроскопия (TEM) или UV-Vis спектроскопия. Тези техники могат да се използват за визуализиране на разпределението на CNTs в PDMS матрицата и за гарантиране, че CNTs са равномерно разпръснати.

В обобщение, сонда тип ултразвук е мощен метод за диспергиране CNTs в полимери като PDMS поради способността му да генерира интензивни кавитация сили, които могат ефективно да се разпаднат и диспергират агломерирани CNTs.

Казуси на ултразвукова изработка на CNT / полимерни композити

Дисперсията на нанотръби и други въглеродни базирани наноматериали, използващи ултразвук тип сонда, е широко изследвана и впоследствие е внедрена в промишленото производство. По-долу представяме няколко изследвания, които демонстрират изключителната ефективност на ултразвуковата дисперсия на нанотръбите.

Ултразвукова дисперсия на CNTs в PDMS за носими сензори

Del Bosque et al. (2022) сравняват триролково фрезоване и ултразвук за тяхната ефективност на дисперсията на CNT. Анализът на процедурата за дисперсия на наночастици в полимерната матрица показва, че техниката на ултразвук осигурява по-висока електрическа чувствителност в сравнение с три-ролково фрезоване поради по-високата хомогенност на разпределението на CNT, предизвикано от силите на кавитация. Тестването на различни CNT натоварвания, прагът на просмукване на CNT-PDMS системата, т.е. критичното съдържание на CNT, при което тя става електропроводима, е установено, че е 0,4 тегл.% CNT. Многостенни въглеродни нанотръби (MWCNTs) са диспергирани чрез ултразвук с помощта на Hielscher ultrasonicator UP400ST (виж снимката вляво) при 0.5 импулсни цикли и 50% амплитуда за 2 часа. Ефектите от ултразвукова диспергиране в течение на времето за ултразвук са показани на снимката по-долу.
Въз основа на този анализ, оптималните условия за производството на носими сензори са избрани като 0.4 тегл.% CNT с помощта на процес на ултразвук. В тази връзка анализът на електрическата реакция при последователни цикли на натоварване показа висока здравина на разработените сензори, без наличие на повреди при 2%, 5% и 10% напрежение, което прави тези сензори надеждни за наблюдение на средното напрежение.

Ултразвукова дисперсия на MWCNTs в PDMS с помощта на ultrasonicator UP400St в различни ултразвукови времена.
(Проучване и изображение: ©del Bosque et al., 2022)

Високопроизводително ултразвуково диспергиращо оборудване за CNT / полимерни нанокомпозити

Hielscher Ultrasonics производители на ултразвукови сонди с висока мощност за взискателни диспергиращи приложения в лабораторията, пейката-отгоре и индустрията. Hielscher Ultrasonics диспергатори осигуряват ефективно и прецизно хомогенизиране и дисперсия на наноматериали в разтворители, полимери и композити.
Със своята усъвършенствана ултразвукова технология, тези разпръсквачи предлагат бързо и лесно решение за постигане на равномерно разпределение на размера на частиците, стабилни дисперсии и / или функционализация на наночастиците.
Чрез намаляване на времето за обработка и минимизиране на консумацията на енергия, ултразвуковите разпръсквачи на сонди могат да подобрят производителността и да намалят оперативните разходи за бизнеса в различни индустрии.
Hielscher ultrasonicators също могат да бъдат персонализирани, за да отговарят на специфичните изисквания, с опции за редица размери на сондата, бустерни рога, нива на мощност и клетки на потока, което ги прави гъвкави и адаптивни към различни нано-формулировки и обеми.
Като цяло, ултразвуковите разпръсквачи на сонди са отлична инвестиция за лаборатории и индустрии, които искат да оптимизират работните си процеси за обработка на наноматериали и да постигнат последователни, надеждни резултати.

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Hielscher ultrasonicators са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват гладкото интегриране на нашите ultrasonicators в промишлени съоръжения. Груби условия и взискателни среди са надеждно обработени от Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и постави специален акцент върху високопроизводителни ultrasonicators с участието на най-съвременните технологии и удобство за потребителя. Разбира се, Hielscher ultrasonicators са CE съвместими и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: