Disperzija ugljeničnih nanocevi u bojama za 3D štampanje
Ujednačena disperzija CNT-a u bojama za 3D štampanje može poboljšati svojstva mastila i omogućiti nove primene u različitim oblastima. Ultrazvučna metoda sonde je vrlo pouzdana tehnika dispergiranja za proizvodnju stabilnih nanosuspenzija CNT-a u polimerima.
Efikasna i stabilna CNT disperzija u polimerima zahvaljujući ultrazvuku
Ugljične nanocijevi (CNT) se često raspršuju u silikonskim uljima za različite primjene zbog svojih jedinstvenih svojstava. Disperzija CNT-a u silikonskim uljima može poboljšati mehanička, toplinska i električna svojstva rezultirajućih materijala. Jedna od takvih primjena je proizvodnja polimera dopiranih CNT-om za provodne 3D mastila za štampanje, npr. za aditivnu proizvodnju nosivih taktilnih senzora, specifičnih za pacijenta za regeneraciju tkiva i fleksibilnih EKG i EEG elektroda.
Pored toga, CNT dispergovani u silicijumskim uljima mogu se koristiti kao provodljiva mastila u elektronskim uređajima, kao što su fleksibilni displeji i senzori. CNT djeluju kao provodni putevi, omogućavajući protok električne struje.
Industrijski energetski ultrazvučni sistem za industrijsku inline disperziju: ultrazvučni aparati visokih performansi su pouzdani i visoko efikasni sistemi za mešanje na liniji za proizvodnju nanodisperzija kao što su CNT u polimerima.
Prednosti ultrazvučne CNT/polimerne disperzije
Ultrasonication je vrlo efikasna tehnika dispergiranja, koja dolazi s nekoliko prednosti. Prednosti ultrazvučnog raspršivanja ugljičnih nanocijevi (CNT) u polimerima uključuju:
Ultrazvučni industrijski sistem za inline procese rastvaranja, npr. uniformna disperzija ugljeničnih nanocevi u polimerne formulacije.
Opšti protokol za ultrazvučnu proizvodnju CNT/PDMS kompozita
Ultrazvuk se koristi za disperziju brojnih materijala nano-veličine u polimerima. Specifična i često korišćena primena je disperzija ugljeničnih nanocevi (CNT) u dimetilpolisiloksanu (PDMS) korišćenjem sonikacije tipa sonde. Da bi se CNT raspršili u PDMS matricu, moćni ultrazvuk i rezultirajući efekti akustične kavitacije koriste se za detangleiranje nanocijevi i njihovo jednolično miješanje u nanosuspenziju. Sonikacija sondom je moćna metoda za raspršivanje CNT-a zbog svoje sposobnosti da generiše intenzivne sile kavitacije koje mogu efikasno razbiti i raspršiti aglomerirane CNT-ove.
Ultrazvučno raspršivanje je jednostavan korak obrade koji ne zahtijeva posebnu prethodnu ili naknadnu obradu. Sama ultrazvučna oprema je sigurna i laka za rukovanje.
Proces disperzije pomoću sonde tipa sonde obično uključuje sljedeće korake:
- Priprema mješavine CNT-PDMS: Unaprijed određena količina CNT-a se dodaje u PDMS matricu i prethodno se miješa pomoću mehaničke miješalice. Zanimljivo je da bi se pred-disperzijom CNT-a u rastvaraču mogla povećati električna provodljivost. Najbolji rezultati se postižu tetrahidrofuranom (THF), acetonom ili hloroformom (poređani prema najboljim rezultatima).
- Sonikacija tipa sonde: Smjesa se podvrgava sonikaciji tipa sonde pomoću ultrazvučne sonde visokog intenziteta koja generiše ultrazvučne talase sa frekvencijom tipično pribl. 20 kHz. Ovisno o volumenu i formulaciji, ultrazvuk se obično izvodi nekoliko minuta kako bi se osigurala potpuna disperzija CNT-a.
- Praćenje disperzije: Disperzija CNT-a se prati upotrebom tehnika kao što su skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM), transmisiona elektronska mikroskopija (TEM) ili UV-Vis spektroskopija. Ove tehnike se mogu koristiti za vizualizaciju distribucije CNT-a unutar PDMS matrice i kako bi se osiguralo da su CNT-ovi jednolično dispergirani.
Ukratko, sonikacija tipa sonde je moćna metoda za dispergiranje CNT-a u polimerima kao što je PDMS zbog svoje sposobnosti da generiše intenzivne sile kavitacije koje mogu efikasno razbiti i raspršiti aglomerirane CNT-ove.
Studije slučaja ultrazvučne proizvodnje CNT/polimernih kompozita
Disperzija nanocijevi i drugih nanomaterijala baziranih na ugljiku korištenjem ultrazvučnog tipa sonde je opsežno istražena i naknadno je implementirana u industrijsku proizvodnju. U nastavku predstavljamo nekoliko istraživačkih studija, koje pokazuju izuzetnu efikasnost ultrazvučne disperzije nanocevi.
Ultrazvučna disperzija CNT-a u PDMS-u za nosive senzore
Del Bosque i dr. (2022) uporedili su mljevenje s tri valjka i sonikaciju za njihovu efikasnost disperzije CNT-a. Analiza postupka disperzije nanočestica u polimernu matricu pokazuje da tehnika ultrazvučne obrade daje veću električnu osjetljivost u odnosu na trovaljno mljevenje zbog veće homogenosti distribucije CNT-a izazvane silama kavitacije. Testiranjem različitih CNT opterećenja, utvrđeno je da je prag perkolacije CNT-PDMS sistema, odnosno kritični sadržaj CNT u kojem on postaje električno provodljiv, 0,4 tež.% CNT. Višezidne ugljične nanocijevi (MWCNT) su raspršene ultrazvukom koristeći Hielscher ultrasonicator UP400ST (vidi sliku lijevo) pri 0,5 impulsnih ciklusa i 50 % amplitude tokom 2 sata. Efekti ultrazvučnog raspršivanja tokom vremena sonikacije prikazani su na slici ispod.
Na osnovu ove analize odabrani su optimalni uslovi za proizvodnju nosivih senzora kao 0,4 tež.% CNT-a pomoću procesa ultrazvučne obrade. S tim u vezi, analiza električnog odziva pri uzastopnim ciklusima opterećenja pokazala je visoku robusnost razvijenih senzora, bez prisustva oštećenja od 2%, 5% i 10% deformacije, što ove senzore čini pouzdanim za praćenje srednjeg naprezanja.
Ultrazvučna disperzija MWCNT-a u PDMS-u pomoću ultrazvučnog aparata UP400St u različitim vremenima sonikacije.
(Studija i slika: ©del Bosque et al., 2022.)
Ultrazvučna oprema za raspršivanje visokih performansi za CNT/polimerne nanokompozite
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sonde velike snage za zahtjevne primjene dispergiranja u laboratoriji, stolovima i industriji. Hielscher Ultrasonics 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 rješenje za postizanje ujednačene distribucije veličine čestica, stabilnih disperzija i/ili funkcionalizacije nanočestica.
Smanjenjem vremena obrade i minimiziranjem potrošnje energije, ultrazvučni raspršivači sonde mogu poboljšati produktivnost i smanjiti operativne troškove za poduzeća u različitim industrijama.
Hielscher ultrasonikatori se također mogu prilagoditi specifičnim zahtjevima, s opcijama za niz veličina sonde, pojačavača, nivoa snage i protočnih ćelija, što ih čini svestranim i prilagodljivim različitim nano-formulacijama i volumenima.
Sve u svemu, ultrazvučni disperzatori sonde odlična su investicija za laboratorije i industrije koje žele optimizirati svoje radne tokove obrade nanomaterijala i postići konzistentne, pouzdane rezultate.
Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany
Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori pouzdano upravljaju teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.
Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 0.5 do 1.5 mL | N / A | VialTweeter | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Ultrazvučni šaržni reaktor za industrijsku obradu, npr. ugrađivanje CNT-a i drugih nanopunila u polimere za boje za 3D štampanje za aditivnu proizvodnju.
Literatura / Reference
- del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
- Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
- Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
- Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.