Ujednačena disperzija CNT-a u tintama za 3D ispis može poboljšati svojstva tinte i omogućiti nove aplikacije u različitim područjima. Ultrazvučna sonda je visoko pouzdana tehnika raspršivanja za proizvodnju stabilnih nanosuspenzija CNT-a u polimerima.

Efikasna i stabilna CNT disperzija polimera zbog sonicacije

Ugljične nanocijevi (CNT) često se raspršuju u silikonskim uljima za različite primjene zbog svojih jedinstvenih svojstava. Disperzija CNT-a u silicijumskim uljima može poboljšati mehanička, termalna i električna svojstva dobijenih materijala. Jedna od takvih primena je proizvodnja polimera dopiranih CNT-om za provodljive 3D mastila, npr. za biološku proizvodnju nosivih taktilnih senzora, skele za regeneraciju tkiva specifične za pacijenta i fleksibilne EKG i EEG elektrode.
Pored toga, CNT raspršeni u silicijumskim uljima mogu se koristiti kao provodljive tinte u elektronskim uređajima, kao što su fleksibilni ekrani i senzori. CNT djeluju kao provodni putevi, omogućavajući protok električne struje.

Prednosti ultrazvučne CNT/polimerne disperzije

Ultrazvučnost je vrlo efikasna tehnika raspršivanja, koja dolazi sa nekoliko prednosti. Prednosti ultrazvučnog raspršivanja ugljičnih nanocijevi (CNT) u polimerima uključuju:

Opšti protokol za ultrazvučnu proizvodnju CNT/PDMS kompozita

Ultrazvučnost se koristi za disperziju brojnih nano-materijala u polimerima. Specifična i najčešće korištena primjena je disperzija ugljičnih nanocijevi (CNT) u dimetilpolisiloksanu (PDMS) pomoću sondične sonde. Da bi se CNT raspršili u PDMS matricu, ultrazvuk snage i rezultirajući efekti akustične kavitacije koriste se za odvajanje nanocijevi i njihovo ravnomjerno miješanje u nanosuspenziju. Sonikacija tipa sonde je moćna metoda za raspršivanje CNT-a zbog svoje sposobnosti da generiše intenzivne kavitacione sile koje se mogu efikasno razbiti i raspršiti aglomerirane CNT-ove.
Ultrazvučno raspršivanje je jednostavan korak obrade koji ne zahteva specifičan pre- ili posle tretmana. Sama ultrazvučna oprema je bezbedna i jednostavna za rukovanje.
Proces disperzije pomoću sonde tipa sonde obično uključuje sljedeće korake:

1. Priprema CNT-PDMS smjese: Unapred određena količina CNT-a se dodaje u PDMS matricu i prethodno se meša pomoću mehaničkog mešalica. Zanimljivo je da se pre-raspršivanjem CNT-a u rastvaraču može povećati električna provodljivost. Najbolji rezultati se postižu tetrahidrofuranom (THF), acetonom ili hloroformom (sortirani prema najboljim rezultatima).
2. Sonikacija tipa sonde: Smjesa je podvrgnuta sondi pomoću ultrazvučne sonde visokog intenziteta koja generira ultrazvučne talase sa frekvencijom od oko 20 kHz. U zavisnosti od zapremine i formulacije, sonifikacija se obično izvodi nekoliko minuta kako bi se osigurala potpuna disperzija CNT-a.
3. Praćenje disperzije: Disperzija CNT-a se prati tehnikama kao što su skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM), transmisijska elektronska mikroskopija (TEM) ili UV-Vis spektroskopija. Ove tehnike se mogu koristiti za vizualizaciju distribucije CNT-a unutar PDMS matrice i za osiguranje da su CNT ravnomjerno raspršeni.

Ukratko, sondična sonda je moćna metoda za raspršivanje CNT-a u polimerima kao što je PDMS zbog svoje sposobnosti da generiše intenzivne kavitacione sile koje se mogu efikasno razbiti i raspršiti aglomerirane CNT-ove.

Studije slučaja ultrazvučne proizvodnje CNT/polimernih kompozita

Disperzija nanocevi i drugih nanomaterijala na bazi ugljenika pomoću ultrazvučne sonde je opsežno istražena i naknadno je implementirana u industrijsku proizvodnju. U nastavku predstavljamo nekoliko istraživačkih studija, koje pokazuju izuzetnu efikasnost disperzije ultrazvučnih nanocijevi.

Ultrazvučna disperzija CNT-a u PDMS-u za nosive senzore

Del Bosque et al. (2022) uporedili su glodanje i sonikaciju sa tri rolne zbog njihove efikasnosti CNT disperzije. Analiza postupka disperzije nanočestica u polimernu matricu pokazuje da tehnika ultrazvučnosti pruža veću električnu osjetljivost u odnosu na glodanje od tri rolne zbog veće homogenosti CNT distribucije izazvane kavitacijskim silama. Ispitivanje različitih CNT opterećenja, prag perkolacije CNT-PDMS sistema, odnosno kritični sadržaj CNT-a u kojem postaje električno provodljiv, utvrđeno je da iznosi 0,4 wt% CNT. Multizidne ugljične nanocijevi (MWCNT) raspršene su ultrazvučnošću pomoću Hielscherovog ultrazvučnika UP400ST (vidi sliku lijevo) pri 0,5 pulsnih ciklusa i 50% amplitude za 2h. Efekti ultrazvučnog raspršivanja tokom vremena sonicacije prikazani su na slici ispod.
Na osnovu ove analize, optimalni uslovi za proizvodnju nosivih senzora odabrani su kao 0,4% CNT putem ultrazvučnog procesa. S tim u vezi, analiza električnog odgovora pod uzastopnim ciklusima opterećenja pokazala je visoku robusnost razvijenih senzora, bez ikakvog prisustva oštećenja na 2%, 5% i 10% naprezanja, što ove senzore čini pouzdanim za praćenje srednjeg naprezanja.

Ultrazvučna disperzija MWCNT u PDMS-u pomoću ultrazvučnika UP400St u različitim vremenima sonicacije.
(Studija i slika: ©del Bosque et al., 2022)

Oprema za ultrazvučnu disperziju visokih performansi za CNT/polimerne nanokompozite

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sonde velike snage za zahtjevne aplikacije raspršivanja u laboratoriji, bench-topu i industriji. Hielscher ultrazvučni disperzatori pružaju efikasnu i preciznu homogenizaciju i disperziju nanomaterijala u rastvaračima, polimerima i kompozitima.
Sa svojom naprednom ultrazvučnom tehnologijom, ovi disperzatori nude brzo i jednostavno rešenje za postizanje uniformne raspodele veličine čestica, stabilnih disperzija i/ili funkcionalizacije nanočestica.
Smanjenjem vremena obrade i minimiziranjem potrošnje energije, disperzi ultrazvučnih sondi mogu poboljšati produktivnost i smanjiti operativne troškove za preduzeća u različitim industrijama.
Hielscher ultrazvučni sistemi se takođe mogu prilagoditi specifičnim zahtevima, sa opcijama za niz veličina sondi, pojačanih rogova, nivoa snage i ćelija protoka, što ih čini svestranim i prilagodljivim različitim nanoformulacijama i zapreminama.
Sve u svemu, disperzeri ultrazvučnih sondi su odlična investicija za laboratorije i industrije koje žele da optimizuju svoje radne procese obrade nanomaterijala i postignu konzistentne, pouzdane rezultate.

Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvalitet proizveden u Nemačkoj

Hielscher ultrazvučni sistemi su poznati po svojim najvišim standardima kvaliteta i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnika u industrijske objekte. Teškim uslovima i zahtevnim okruženjima pouzdano upravljaju Hielscher ultrazvučnici.

Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučnike visokih performansi sa najsavremenijom tehnologijom i jednostavnošću upotrebe. Naravno, Hielscher ultrazvučnici su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahteve UL, CSA i RoHs.

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators: