Rovnoměrná disperze CNT v 3D tisknutelných inkoustech může zlepšit vlastnosti inkoustu a umožnit nové aplikace v různých oblastech. Ultrazvuku typu sondy je vysoce spolehlivá dispergační technika pro výrobu stabilních nanosuspenzí CNT v polymerech.

Efektivní a stabilní disperze CNT v polymerech v důsledku sonikace

Uhlíkové nanotrubice (CNT) jsou často rozptýleny v křemíkových olejích pro různé aplikace kvůli jejich jedinečným vlastnostem. Disperze CNT v křemíkových olejích může zlepšit mechanické, tepelné a elektrické vlastnosti výsledných materiálů. Jednou z takových aplikací je výroba CNT dopovaných polymerů pro vodivé 3D tisknutelné inkousty, např. pro aditivní výrobu nositelných dotykových senzorů na bázi bio, lešení pro regeneraci tkání specifických pro pacienta a flexibilních elektrod EKG a EEG.
Kromě toho mohou být CNT rozptýlené v křemíkových olejích použity jako vodivé inkousty v elektronických zařízeních, jako jsou flexibilní displeje a senzory. CNT působí jako vodivé dráhy, které umožňují tok elektrického proudu.

Výhody ultrazvukové CNT / polymerní disperze

Ultrazvuku je velmi účinná dispergační technika, která přichází s několika výhodami. Výhody ultrazvukové disperze uhlíkových nanotrubiček (CNT) v polymerech zahrnují:

Obecný protokol pro ultrazvukovou výrobu kompozitů CNT/PDMS

Ultrazvuku se používá pro rozptýlení mnoha nano-velkých materiálů v polymerech. Specifickou a běžně používanou aplikací je disperze uhlíkových nanotrubiček (CNT) v dimethylpolysiloxanu (PDMS) pomocí sonikace sondového typu. Za účelem rozptýlení CNT do PDMS matice se používá výkonový ultrazvuk a výsledné účinky akustické kavitace k rozpletení nanotrubiček a jejich rovnoměrnému smíchání do nanosuspenze. Sonikace sondového typu je výkonná metoda pro rozptýlení CNT díky své schopnosti vytvářet intenzivní kavitační síly, které mohou účinně rozbít a rozptýlit aglomerované CNT.
Ultrazvuková disperze je jednoduchý krok zpracování, který nevyžaduje žádné specifické předběžné nebo následné ošetření. Samotné ultrazvukové zařízení je bezpečné a snadno ovladatelné.
Proces disperze pomocí sonikace sondy obvykle zahrnuje následující kroky:

1. Příprava směsi CNT-PDMS: Předem stanovené množství CNT se přidá do PDMS matice a předmíchá se pomocí mechanického míchadla. Je zajímavé, že předdispergováním CNT v rozpouštědle by mohla být elektrická vodivost zvýšena. Nejlepších výsledků dosahuje tetrahydrofuran (THF), aceton nebo chloroform (řazeno podle nejlepších výsledků).
2. Sonikace sondy: Směs je podrobena sonikaci sondy pomocí ultrazvukové sondy s vysokou intenzitou, která generuje ultrazvukové vlny s frekvencí typicky cca. 20 kHz. V závislosti na objemu a formulaci, sonikace se obvykle provádí po dobu několika minut, aby se zajistila úplná disperze CNT.
3. Sledování rozptylu: Disperze CNT je monitorována pomocí technik, jako je rastrovací elektronová mikroskopie (SEM), transmisní elektronová mikroskopie (TEM) nebo UV-Vis spektroskopie. Tyto techniky mohou být použity k vizualizaci distribuce CNT v rámci PDMS matice a k zajištění rovnoměrného rozptýlení CNT.

Stručně řečeno, sonikace sondového typu je výkonná metoda pro dispergaci CNT v polymerech, jako je PDMS, díky své schopnosti vytvářet intenzivní kavitační síly, které mohou účinně rozbít a rozptýlit aglomerované CNT.

Případové studie ultrazvukové výroby kompozitů CNT / polymerů

Disperze nanotrubiček a jiných nanomateriálů na bázi uhlíku pomocí ultrazvuku typu sondy byla rozsáhle zkoumána a následně implementována do průmyslové výroby. Níže uvádíme několik výzkumných studií, které prokazují výjimečnou účinnost ultrazvukové disperze nanotrubiček.

Ultrazvuková disperze CNT v PDMS pro nositelné senzory

Del Bosque a kol. (2022) porovnávali tříválcové frézování a sonikaci pro jejich účinnost disperze CNT. Analýza disperzní procedury nanočástic do polymerní matrice ukazuje, že ultrazvuku technika poskytuje vyšší elektrickou citlivost ve srovnání s tříválcovým frézováním v důsledku vyšší homogenity distribuce CNT vyvolané kavitačními silami. Při testování různých CNT zátěží bylo zjištěno, že práh perkolace systému CNT-PDMS, tj. kritický obsah CNT, ve kterém se stává elektricky vodivým, je 0,4 hm. % CNT. Multi-Wall uhlíkové nanotrubice (MWCNT) byly rozptýleny ultrazvuku pomocí Hielscher ultrasonicator UP400ST (viz obrázek vlevo) při 0,5 pulzní cykly a 50 % amplituda pro 2h. Účinky ultrazvukového dispergování v průběhu doby sonikace jsou uvedeny na obrázku níže.
Na základě této analýzy byly optimální podmínky pro výrobu nositelných senzorů zvoleny jako 0,4 hm. % CNT pomocí ultrazvuku. V tomto ohledu analýza elektrické odezvy při po sobě jdoucích zatěžovacích cyklech ukázala vysokou robustnost vyvinutých senzorů bez jakéhokoli poškození při 2%, 5% a 10% namáhání, což činí tyto senzory spolehlivými pro monitorování středního namáhání.

Ultrazvuková disperze MWCNT v PDMS pomocí ultrasonicator UP400St v různých časech sonikace.
(Studie a obrázek: ©del Bosque et al., 2022)

Vysoce výkonné ultrazvukové dispergační zařízení pro CNT / polymerní nanokompozity

Hielscher Ultrasonics výrobci vysoce výkonné ultrazvukové sondy pro náročné dispergační aplikace v laboratoři, bench-top a průmyslu. Hielscher Ultrazvukové dispergátory poskytují účinnou a přesnou homogenizaci a disperzi nanomateriálů v rozpouštědlech, polymerech a kompozitech.
Díky pokročilé ultrazvukové technologii nabízejí tyto dispergátory rychlé a snadné řešení pro dosažení rovnoměrné distribuce velikosti částic, stabilních disperzí a / nebo funkcionalizace nanočástic.
Zkrácením doby zpracování a minimalizací spotřeby energie mohou ultrazvukové dispergátory sond zlepšit produktivitu a snížit provozní náklady pro podniky v různých průmyslových odvětvích.
Hielscher ultrasonicators mohou být také přizpůsobeny tak, aby vyhovovaly specifickým požadavkům, s možnostmi pro řadu velikostí sond, posilovací rohy, úrovně výkonu a průtokové buňky, což je všestranné a přizpůsobitelné různým nano-formulacím a objemům.
Celkově jsou ultrazvukové dispergátory sond vynikající investicí pro laboratoře a průmyslová odvětví, která chtějí optimalizovat své pracovní postupy zpracování nanomateriálů a dosáhnout konzistentních a spolehlivých výsledků.

Návrh, výroba a poradenství – Kvalita Vyrobeno v Německu

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známé pro jejich nejvyšší kvalitu a designové standardy. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrasonicators do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročné prostředí spolehlivě zvládají Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators představovat state-of-the-art technologie a uživatelská přívětivost. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou CE kompatibilní a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: