Ravnomjerno raspršeni CNT ultrazvukom
Da bi se iskoristile izuzetne funkcionalnosti ugljeničnih nanocevi (CNT), one moraju biti homogeno dispergovane.
Ultrazvučni disperzatori su najčešći alat za distribuciju CNT-a u vodene suspenzije i suspenzije na bazi rastvarača.
Tehnologija ultrazvučnog raspršivanja stvara dovoljno veliku energiju smicanja da bi se postiglo potpuno odvajanje CNT-a bez njihovog oštećenja.
Ultrazvučno raspršivanje ugljičnih nanocijevi
Ugljične nanocijevi (CNT) imaju vrlo visok omjer širine i pokazuju nisku gustoću, kao i ogromnu površinu (nekoliko stotina m2/g), što im daje jedinstvena svojstva kao što su vrlo visoka vlačna čvrstoća, krutost i žilavost i vrlo visoka električna i toplotna provodljivost. Zbog Van der Waalsovih sila, koje privlače pojedinačne ugljične nanocijevi (CNT) jedna na drugu, CNT se normalno slažu u snopove ili snopove. Ove intermolekularne sile privlačenja zasnovane su na fenomenu slaganja π-veza između susednih nanocevi poznatom kao π-slaganje. Da bi se izvukla potpuna korist od ugljičnih nanocijevi, ovi aglomerati moraju biti rastavljeni, a CNT moraju biti ravnomjerno raspoređeni u homogenoj disperziji. Intenzivna ultrazvučna obrada stvara akustičnu kavitaciju u tekućinama. Time stvoreno lokalno smično naprezanje lomi CNT agregate i ravnomjerno ih raspršuje u homogenu suspenziju. Tehnologija ultrazvučnog raspršivanja stvara dovoljno veliku energiju smicanja da bi se postiglo potpuno odvajanje CNT-a bez njihovog oštećenja. Čak i za osjetljive SWNT-ove ultrazvuk se uspješno primjenjuje kako bi se razmrsili pojedinačno. Ultrazvuk samo isporučuje dovoljan nivo naprezanja za odvajanje SWNT agregata bez izazivanja većeg loma pojedinačnih nanocevi (Huang, Terentjev 2012).
- Jednodisperzni CNT
- Homogena distribucija
- Visoka efikasnost disperzije
- Visoka CNT opterećenja
- Nema degradacije CNT-a
- brza obrada
- precizna kontrola procesa
Ultrazvučni sistemi visokih performansi za CNT disperzije
Hielscher Ultrasonics isporučuje moćnu i pouzdanu ultrazvučnu opremu za efikasnu disperziju CNT-a. Bilo da trebate pripremiti male CNT uzorke za analizu i R&D ili morate proizvoditi velike industrijske serije rasutih disperzija, Hielscherov asortiman proizvoda nudi idealan ultrazvučni sustav za vaše zahtjeve. Od Ultrasonikatori od 50W za laboratoriju do Industrijske ultrazvučne jedinice od 16kW Za komercijalnu proizvodnju, Hielscher Ultrasonics vas pokriva.
Da bi se proizvele visokokvalitetne disperzije ugljikovih nanocijevi, parametri procesa moraju biti dobro kontrolirani. Amplituda, temperatura, pritisak i vrijeme zadržavanja su najkritičniji parametri za ravnomjernu distribuciju CNT-a. Hielscherovi ultrasonikatori ne samo da omogućavaju preciznu kontrolu svakog parametra, već se svi parametri procesa automatski snimaju na integriranu SD karticu Hielscherovih digitalnih ultrazvučnih sistema. Protokol svakog procesa sonikacije pomaže da se osiguraju ponovljivi rezultati i dosljedan kvalitet. Putem daljinske kontrole pretraživača korisnik može upravljati i nadgledati ultrazvučni uređaj bez da se nalazi na lokaciji ultrazvučnog sistema.
Budući da jednoslojne ugljenične nanocevi (SWNT) i višeslojne ugljenične nanocevi (MWNT), kao i odabrani vodeni ili rastvarač medij zahtevaju specifične intenzitete obrade, ultrazvučna amplituda je ključni faktor kada je u pitanju konačni proizvod. Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke, kao i vrlo blage amplitude. Uspostavite idealnu amplitudu za vaše zahtjeve procesa. Čak i amplitude do 200 µm mogu se lako kontinuirano izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Naši kupci su zadovoljni izvanrednom robusnošću i pouzdanošću Hielscher Ultrasonic sistema. Instalacija u oblastima teških aplikacija, zahtjevnim okruženjima i 24/7 rad osigurava efikasnu i ekonomičnu obradu. Ultrazvučno intenziviranje procesa skraćuje vrijeme obrade i postiže bolje rezultate, odnosno veći kvalitet, veći prinosi, inovativni proizvodi.
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 |
N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
ugljične nanocijevi
Ugljične nanocijevi (CNT) dio su posebne klase jednodimenzionalnih ugljičnih materijala, koji pokazuju izuzetna mehanička, električna, termička i optička svojstva. Oni su glavna komponenta koja se koristi u razvoju i proizvodnji naprednih nanomaterijala kao što su nanokompoziti, ojačani polimeri itd. i stoga se koriste u najsavremenijim tehnologijama. CNT izlažu vrlo visoku vlačnu čvrstoću, superiorna svojstva prijenosa topline, niske razmake i optimalnu kemijsku i fizičku stabilnost, što čini nanocijevi obećavajući aditiv za različite materijale.
Ovisno o njihovoj strukturi, CNTS se dijele na jednoslojne ugljenične nanocevi (SWNT), ugljenične nanocevi sa dvostrukim zidovima (DWCNT) i višeslojne ugljenične nanocevi (MWNT).
SWNT su šuplje, dugačke cilindrične cijevi napravljene od ugljičnog zida debljine jedan atom. Atomski sloj ugljika raspoređen je u saćastu rešetku. Često se konceptualno uspoređuju sa smotanim listovima jednoslojnog grafita ili grafena.
DWCNT se sastoje od dvije jednozidne nanocijevi, od kojih je jedna ugniježđena u drugu.
MWNT su CNT oblik, gdje su višestruke jednozidne ugljične nanocijevi ugniježđene jedna u drugu. Budući da se njihov promjer kreće između 3-30 nm i kako mogu narasti nekoliko cm dužine, njihov omjer može varirati između 10 i deset miliona. U poređenju sa karbonskim nanovlaknima, MWNT imaju drugačiju strukturu zida, manji spoljni prečnik i šuplju unutrašnjost. Obično korišteni industrijski dostupni tipovi MWNT-a su npr. Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 i FutureCarbon CNT-MW.
Sinteza CNT-a: CNT se mogu proizvesti metodom sinteze zasnovanom na plazmi ili metodom isparavanja lučnim pražnjenjem, metodom laserske ablacije, procesom termalne sinteze, hemijskim taloženjem pare (CVD) ili hemijskim taloženjem iz pare pojačanim plazmom.
Funkcionalizacija CNT-a: Kako bi se poboljšale karakteristike ugljičnih nanocijevi i učinile ih prikladnijima za specifičnu primjenu, CNT se često funkcionaliziraju, npr. dodavanjem karboksilne kiseline (-COOH) ili hidroksilnih (-OH) grupa.
CNT disperzivni aditivi
Nekoliko rastvarača kao što su super kiseline, jonske tečnosti i N-cikloheksil-2-pirolidnon su u stanju da pripreme disperzije CNT-a relativno visoke koncentracije, dok su najčešći rastvarači za nanocevi, kao što je N-metil-2-pirolidon (NMP ), dimetilformamid (DMF) i 1,2-dihrolobenzen, mogu dispergirati nanocijevi samo pri vrlo niskim koncentracijama (npr. <0.02 tež.% jednozidnih CNT-a). Najčešći disperzioni agensi su polivinilpirolidon (PVP), natrijum dodecil benzen sulfonat (SDBS), Triton 100 ili natrijum dodecil sulfonat (SDS).
Krezoli su grupa industrijskih hemikalija koje mogu obraditi CNT u koncentracijama do desetina težinskih postotaka, što rezultira kontinuiranim prijelazom iz razrijeđenih disperzija, gustih pasta i samostojećih gelova u stanje poput testa bez presedana, kako se opterećenje CNT-a povećava. . Ova stanja pokazuju reološka i viskoelastična svojstva slična polimerima, koja se ne mogu postići drugim uobičajenim otapalima, što sugerira da su nanocijevi zaista razdvojene i fino dispergirane u krezolima. Krezoli se mogu ukloniti nakon obrade zagrijavanjem ili pranjem, bez mijenjanja površine CNT-a. [Chiou et al. 2018]
Primjena CNT disperzija
Da bi se iskoristile prednosti CNT-a, oni moraju biti raspršeni u tečnosti kao što su polimeri. Ravnomerno dispergovani CNT se koriste za proizvodnju provodljive plastike, displeja sa tečnim kristalima, organskih svetlećih dioda, ekrana osetljivih na dodir, fleksibilnih ekrana, solarnih ćelija, provodne boje, statičke kontrolne materijale, uključujući filmove, pjene, vlakna i tkanine, polimerne prevlake i ljepila, polimerne kompozite visokih performansi sa izuzetnom mehaničkom čvrstoćom i žilavosti, polimer/CNT kompozitna vlakna, kao i lagane i antistatičke materijale.