Kako pojedinačno raspršiti ugljenične nanocijevi sa jednim zidom
Jednozidne ugljične nanocijevi (SWNT ili SWCNT) imaju jedinstvene karakteristike, ali da bi ih izrazile moraju biti pojedinačno dispergirane. Da bi se u potpunosti iskoristile izuzetne karakteristike jednoslojnih ugljeničnih nanocevi, cevi se moraju najpotpunije raspetljati. SWNT kao i druge nanočestice pokazuju vrlo visoke sile privlačenja, tako da je potrebna moćna i efikasna tehnika za pouzdanu deaglomeraciju i disperziju. Dok uobičajene tehnike miješanja ne daju intenzitet potreban za raspetljavanje SWNT-a bez njihovog oštećenja, dokazano je da ultrazvuk velike snage razmješta i raspršuje SWNT. Ultrazvučno generirane kavitacijske smične sile su dovoljno moćne da savladaju sile vezivanja, dok se intenzitet ultrazvuka može precizno podesiti kako bi se izbjeglo oštećenje SWCNT-a.
problem:
Ugljične nanocijevi sa jednim zidom (SWCNT) razlikuju se od ugljeničnih nanocevi sa više zidova (MWNT/MWCNT) po svojim električnim svojstvima. Pojasni razmak SWCNT-a može varirati od nula do 2 eV, a njihova električna provodljivost karakteriše metalno ili poluprovodno ponašanje. Pošto su ugljenične nanocevi sa jednim zidom veoma kohezivne, jedna od glavnih prepreka u obradi SWCNT je inherentna nerastvorljivost cevi u organskim rastvaračima ili vodi. Da bi se iskoristio puni potencijal SWCNT-a, potreban je jednostavan, pouzdan i skalabilan proces deaglomeracije cijevi. Posebno, funkcionalizacija bočnih zidova ili otvorenih krajeva CNT-a kako bi se stvorio odgovarajući interfejs između SWCNT-a i organskog rastvarača rezultira samo delimičnim pilingom SWCNT-a. Stoga se SWCNT-ovi uglavnom raspršuju kao snopovi, a ne kao pojedinačni deaglomerirani užad. Ako su uslovi tokom disperzije preoštri, SWCNT će se skratiti na dužine između 80 i 200 nm. Za većinu praktičnih primjena, tj. za poluprovodničke ili ojačane SWCNT, ova dužina je premala.

UIP2000hdT, 2kW snažan ultrasonikator za raspršivanje SWCNT-a.
Rješenje:
Ultrazvuk je veoma efikasan metod dispergovanja i deaglomeracije ugljeničnih nanocevi, jer ultrazvučni talasi ultrazvuka visokog intenziteta stvaraju kavitaciju u tečnostima. Zvučni talasi koji se šire u tečnom mediju rezultiraju naizmeničnim ciklusima visokog pritiska (kompresija) i niskog pritiska (razređivanje), sa brzinama koje zavise od frekvencije. Tokom ciklusa niskog pritiska, ultrazvučni talasi visokog intenziteta stvaraju male vakuumske mehuriće ili praznine u tečnosti. Kada mjehurići dostignu zapreminu pri kojoj više ne mogu apsorbirati energiju, oni se snažno kolabiraju tokom ciklusa visokog pritiska. Ovaj fenomen se naziva kavitacija. Tokom implozije lokalno se postižu vrlo visoke temperature (cca. 5.000 K) i pritisci (cca. 2.000 atm). Implozija kavitacionog mjehura također rezultira mlazovima tekućine brzine do 280 m/s. Ove tečne mlazne struje nastaju iz ultrazvučna kavitacija, prevazilaze sile vezivanja između ugljeničnih nanocevi i stoga nanocevi postaju deaglomerirane. Blagi, kontrolirani ultrazvučni tretman je prikladna metoda za stvaranje suspenzija dispergiranih SWCNT-a velike dužine stabiliziranih surfaktantima. Za kontroliranu proizvodnju SWCNT-a, Hielscherovi ultrazvučni procesori omogućavaju rad u širokom rasponu skupova ultrazvučnih parametara. Ultrazvučna amplituda, pritisak tečnosti i sastav tečnosti mogu se menjati u zavisnosti od specifičnog materijala i procesa. Ovo nudi promjenjive mogućnosti podešavanja, kao npr
- amplitude sonotrode do 170 mikrona
- pritisak tečnosti do 10 bara
- protok tečnosti do 15L/min (u zavisnosti od procesa)
- temperature tečnosti do 80°C (ostale temperature na upit)
- viskoznost materijala do 100.000cP
ultrazvučna oprema
Hielscher nudi visoke performanse Ultrazvučni procesori za sonikaciju svakog volumena. Ultrazvučni uređaji od 50 vati do 16.000 vati, koji se mogu postaviti u klastere, omogućavaju pronalaženje odgovarajućeg ultrazvučnog uređaja za svaku primenu, kako u laboratoriji tako iu industriji. Za sofisticiranu disperziju nanocijevi preporučuje se kontinuirana sonikacija. Koristeći Hielscherove protočne ćelije, postaje moguće raspršiti CNT u tekućine povišenog viskoziteta kao što su polimeri, rastopine visokog viskoziteta i termoplasti.
Kliknite ovdje da pročitate više o disperziji i modificiranju nanocijevi ultrazvukom velike snage!
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!

Ultrazvučno dispergovanje nanocevi (UP400St)

Raspršivanje CNT-a pomoću Hielscherovog laboratorijskog uređaja UP50H

Ultrazvuk visokih performansi! Hielscherov asortiman proizvoda pokriva cijeli spektar od kompaktnog laboratorijskog ultrazvučnog aparata preko stolnih jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sistema.
Literatura / Reference
- Cheng, Qiaohuan; Debnath, Sourabhi; Gregan, Elizabeth; Byrne, Hugh J. (2010): Ultrasound-Assisted SWNTs Dispersion: Effects of Sonication Parameters and Solvent Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 114(19), 2010. 8821–8827.
- Tenent, Robert; Barnes, Teresa; Bergeson, Jeremy; Ferguson, Andrew; To, Bobby; Gedvilas, Lynn; Heben, Michael; Blackburn, Jeffrey (2009): Ultrasmooth, Large‐Area, High‐Uniformity, Conductive Transparent Single‐Walled‐Carbon‐Nanotube Films for Photovoltaics Produced by Ultrasonic Spraying. Advanced Materials. 21. 3210 – 3216.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
Činjenice koje vrijedi znati
Ultrazvučni uređaji se često nazivaju sonikator sonde, ultrazvučni homogenizator, zvučni lizer, ultrazvučni disruptor, ultrazvučni mlin, sono-ruptor, sonifier, zvučni dismembrator, ćelijski disruptor, ultrazvučni disperzer ili rastvarač. Različiti pojmovi proizlaze iz različitih primjena koje se mogu ispuniti ultrazvukom.