Равномерно диспергирани CNTs с ултразвук
За да се възползват от изключителните функционалности на въглеродните нанотръби (CNTs), те трябва да бъдат еднозначно разпръснати.
Ултразвукови разпръсквачите са най-често срещаният инструмент за разпространение CNTs във воден и разтворител базирани суспензии.
Ултразвуковата диспергиращи технология създава достатъчно висока енергия на срязване, за да се постигне пълно отделяне на CNTs, без да ги уврежда.
Ултразвукова разпръскване на въглероден нанотръби
Въглеродните нанотръби (CNTs) имат много висока пропорция и имат ниска плътност, както и огромна площ (няколко стотин m2 / g), което им дава уникални свойства като много висока якост на опън, твърдост и здравина и много висока електрическа и топлопроводимост. Поради сили на Ван дер Ваалс, които привличат един-единствен въглероден нанотръби (CNTs) една към друга, CNTs се организират нормално на снопове или чиния. Тези междумолекулни сили на привличането се основават на феномена на натрупване на π-връзки между съседни нанотръби, известни като π-стифиране. За да се извлече пълната полза от въглеродните нанотръби, тези агломерати трябва да бъдат разпръснати и CNTs трябва да се разпределят равномерно в хомогенна дисперсия. Интензивната ултразвукова диагностика създава акустична кавитация в течности. По този начин се генерира тотално напрежение на срязване на птичи темпери и ги разпръсква равномерно в хомогенна суспензия. Ултразвуковата диспергиращи технология създава достатъчно висока енергия на срязване, за да се постигне пълно отделяне на CNTs, без да ги уврежда. Дори и за чувствителниs SWNTs sonication се прилага успешно да ги разсее индивидуално. Ultrasonication просто доставя достатъчно ниво на стрес, за да отделите sWNT агрегатите, без да причинява много фрактури на отделните нанотръби (Huang, Terentjev 2012).
- Едноразпръснати CNTs
- Хомогенна дистрибуция
- Висока ефективност на дисперсия
- Високи натоварвания на CNT
- Няма CNT разграждане
- бърза обработка
- прецизен контрол на процеса
UIP2000hdT – 2kW мощен ултрасоникатор за CNT дисперсии
Високопроизводителните ултразвукови системи за CNT дисперсии
Hielscher ултразвук доставя мощен и надежден ултразвуков оборудване за ефективно разсейване на CNTs. Дали трябва да подготвите малки CNT проби за анализ и R&D или трябва да произвежда големи индустриални партиди от насипни дисперсии, продуктова гама Hielscher предлага идеалната ултразвукова система за вашите изисквания. От 50W ultrasonicators за лаборатория до 16kW индустриални ултразвукови единици за търговско производство, Hielscher ултразвук ви е покрита.
За да се произвеждат висококачествени въглеродни нанотръби, параметрите на процеса трябва да бъдат добре контролирани. Амплитудата, температурата, налягането и времето на задържане са най-критичните параметри за равномерно разпределение на CNT. Ultrasonicators Hielscher не само позволяват прецизен контрол на всеки параметър, всички параметри на процеса автоматично се записват на интегрираната SD карта на цифровите ултразвукови системи на Hielscher. Протоколът на всеки процес на ултразвук помага да се гарантира възпроизводими резултати и постоянно качество. Чрез дистанционно управление на браузъра потребителят може да работи и да наблюдава ултразвуковото устройство, без да е на мястото на ултразвуковата система.
Тъй като едностенни въглеродни нанотръби (SWNTs) и мулти-стени въглероден нанотръби (MWNTs), както и избрания воден или разтворител среда изискват специфична обработка интензитет, ултразвукова амплитуда е ключов фактор, когато става въпрос за крайния продукт. Hielscher ултразвук’ промишлени ултразвукови процесори могат да доставят много високи, както и много леки усилващи. Установяване на идеалната амплитуда за вашите изисквания на процеса. Дори усилване на до 200 μm може лесно да се работи непрекъснато в 24/7 операция. За дори по-високи усилки, персонализирани ултразвукови синсинсинди са на разположение. Здравината на ултразвуковата екипировка Hielscher позволява 24/7 операция при тежкотоварни и в взискателни среди.
Нашите клиенти са доволни от изключителната здравина и надеждност на ултразвукови системи Hielscher. Инсталацията в области на тежкотоварни приложения, взискателни среди и 24/7 операция осигуряват ефикасна и икономична обработка. Ултразвуков процес интензифициране намалява времето за обработка и постига по-добри резултати, т. е. по-високо качество, по-високи добиви, иновативни продукти.
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:
| Партида том | Дебит | Препоръчителни Devices |
|---|---|---|
| 00,5 до 1,5 ml | п.а. | VialTweeter |
| 1 до 500mL | 10 до 200 ml / мин | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400 ml / мин | Uf200 ः т, UP400St |
| 00,1 до 20L | 00,2 до 4 л / мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
| п.а. | 10 до 100 L / мин | UIP16000 |
| п.а. | по-голям | струпване на UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитай ни!
Висока мощност ултразвукови процесори от лаборатория за пилот и промишлен мащаб.
Литература / Препратки
- 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.
Факти заслужава да се знае
въглеродни нанотръби
Въглеродният нанотръби (CNTs) е част от специален клас от едномерни въглеродни материали, показващи изключителни механични, електрически, термични и оптични свойства. Те са основен компонент, използван при разработването и производството на напреднали наноматериали като нано-композити, подсилени полимери и т. н. и следователно се използват в най-съвременните технологии. CNTs излагат много висока якост на опън, превъзходни свойства на термичния трансфер, нисколентови пропуски и оптимална химическа и физическа стабилност, което прави нанотръби обещаващ добавка за разнообразни материали.
В зависимост от тяхната структура, CNTS се отличават с едностенни въглеродни нанотръби (SWNTs), двойна стени въглероден нанотръби (DWCNTs), и мулти-стени въглерод нанотръби (MWNTs).
SWNTs са кухи, дълги цилиндрични тръби, направени от един атом с дебелина въглеродна стена. Атомният лист на въглени е подреден в решетка с шестоъгълни клетки. Често те са концептуално в сравнение с обобщени листове от еднослойна графит или графен.
DWCNTs се състои от две едностенни нанотръби, с един вложени в другата.
MWNTs са CNT форма, където няколко едностени въглеродни нанотръби са вложени вътре един в друг. Тъй като техният диаметър варира между 3 – 30 nm и тъй като те могат да растат няколко см дълъг, тяхното съотношение може да варира между 10 и 10 000 000. В сравнение с въглеродни нановлакна, MWNTs имат различна структура на стената, по-малък външен диаметър, и кухи интериор. Обикновено се използва промишлено налични напечатани на MWNTs са например Baytubes® C150P, Нанохлорид® NC7000, Arkema Графасила® C100, и Фючърснабон CNT-MW.
Синтез на CNTs: CNTs може да се произвежда чрез плазма базиран синтез метод или дъга заустване изпаряване метод, лазерна аблация метод, топлинен синтез процес, Химическо отлагане на пари (CVD) или плазма подобрени химически пари отлагане.
Функционализация на CNTs: За да се подобри характеристиките на въглеродни нанотръби и да ги направи по този начин по-подходящи за специфично приложение, CNTs често са функцирализирани, например чрез добавяне на карбоксилна киселина (-COOH) или хидроксилни (-OH) групи.
CNT диспергиращи добавки
Няколко разтворителя като супер киселини, йонни течности и N-циклохексил-2-пиролидон са способни да приготвят относително високо-концентрирани дисперсии на CNTs, докато най-често срещаните разтворители за нанотръби, като N-метил-2-пиролидон (NMP), диметилформамид (DMF) и 1,2-дихролобензен, могат да диспергират нанотръби само при много ниски концентрации (напр. <002 % от единичните ЦНТ). Най-често дисперсионните агенти са поливинилпиролидон (PVP), натриев додецил бензен сулфонат (SDBS), Triton 100 или натриев Додецил Сулфонат (SDS).
Крезолите са група от промишлени химикали, които могат да обработват CNTs при концентрации до десетки тегловни процента, което води до непрекъснат преход от дисперсия на разредени, дебели пасти и свободностоящи гелове в безпрецедентно състояние на игра на Cnt натоварване увеличава. Тези държави проявяват полимерно-реологични и вискоеластични свойства, които не са постижими с други общи разтворители, което предполага, че нанотръбите наистина са деагрегирани и фино диспергирани в крезоли. Крезолите могат да се отстраняват след обработката чрез нагряване или измиване, без да се променя повърхността на CNTs.
Приложения на CNT дисперсии
За да използвате предимствата на CNTs, те трябва да бъдат диспергирани в течност като полимери, равномерно диспергирани CNTs се използват за производство на проводими пластмаси, дисплеи течни кристали, органични светлинно-излъчващи диоди, сензорни екрани, гъвкави дисплеи, соларни клетки , проводими мастила, статични контролни материали, включително филми, пяна, фибри, и тъкани, полимерни покрития и лепила, Високопроизводителните полимерни композити с изключителна механична якост и издръжливост, полимерни/CNT композитни влакна, както и леки и антистатични материали.