Ultrazvukové Dispergace z uhlíkových nanotrubic (CNT)

Uhlíkové nanotrubice jsou silné a pružné, ale velmi soudržné. Je obtížné je rozptýlit do kapalin, jako je voda, ethanol, olej, polymer nebo epoxidová pryskyřice. Ultrazvuk je účinná metoda pro získání diskrétních – jedno disperzní – uhlíkové nanotrubice.

Uhlíkové nanotrubice (CNT) se používají v lepidlech, nátěrech a polymerech a jako elektricky vodivá plniva v plastech k rozptýlení statických nábojů v elektrických zařízeních a v elektrostaticky natíratelných panelech karoserie automobilů. Použitím nanotrubiček mohou být polymery odolnější vůči teplotám, drsným chemikáliím, korozivnímu prostředí, extrémním tlakům a oděru. Existují dvě kategorie uhlíkových nanotrubiček: jednostěnné nanotrubice (SWNT) a vícestěnné nanotrubice (MWNT).

Uhlíkové nanotrubice jsou obecně dostupné jako suchý materiál, např. od společností, jako jsou Výzkum SES nebo CNT Co., Ltd. Je zapotřebí jednoduchý, spolehlivý a škálovatelný proces deaglomerace, aby bylo možné využít nanotrubičky na jejich maximální potenciál. Pro kapaliny do 100,000cP ultrazvuk je velmi účinná technologie pro rozptyl nanotrubiček ve vodě, oleji nebo polymerech při nízkých nebo vysokých koncentracích. Proudy proudů kapaliny, které jsou výsledkem ultrazvukové kavitace, Překonání vazebné síly mezi nanotrubice, a oddělte trubky. Vzhledem k ultrazvukově generované smykové síly a mikro turbulencí ultrazvuku mohou pomoci při povrchové vrstvy a chemickou reakcí nanotrubiček s jinými materiály, také.

Obecně platí, že hrubá nanotrubičková disperze je nejprve předmíchána standardním míchadlem a poté homogenizována v ultrazvukovém reaktoru průtokových buněk. Video níže ukazuje laboratorní studii (dávková sonikace pomocí UP400S) dispergující vícevrstvé uhlíkové nanotrubice ve vodě v nízké koncentraci. Vzhledem k chemické povaze uhlíku je rozptylové chování nanotrubiček ve vodě poměrně obtížné. Jak je znázorněno na videu, lze snadno prokázat, že ultrazvuku je schopen účinně rozptýlit nanotrubice.

Rozptyl jednotlivých SWNTs Vysokých Délka

Velkým problémem pro zpracování a manipulaci s SWNTs je vlastní nerozpustnosti trubek v běžných organických rozpouštědel a vody. Funkcionalizace nanotrubic boční stěny nebo otevřených konců pro vytvoření vhodného rozhraní mezi SWNTs a rozpouštědlo většinou vedou k částečné odlupování z SWNT lan, pouze.
V důsledku toho, že SWNTs jsou obvykle dispergovány jako svazky, nikoli zcela izolovaných jednotlivých objektů. Jsou-li použity příliš tvrdé podmínky během disperze, SWNTs zkrácena na délku mezi 80 a 200 nm. I když to je užitečné pro některé testy, tato délka je příliš malá pro většinu praktických aplikací, jako jsou polovodičové nebo výztužných SWNTs. Řízené, mírná ultrazvukem (například UP200Ht s 40mm sonotrode) Je účinný postup pro přípravu vodné disperze dlouhých jednotlivých SWNTs. Sekvence mírné ultrazvuku minimalizovat zkrácení a umožňují maximální zachování strukturální a elektronických vlastností.

Čištění SWNT pomocí ultrazvuku s polymerovou asistouje

Je obtížné studovat chemickou modifikaci SWNTs na molekulární úrovni, protože je obtížné získat čisté SWNTs. Jako dospělý SWNTs obsahuje mnoho nečistot, jako jsou kovové částice a amorfní uhlíky. Ultrazvuku z SWNTs v roztoku monochlorbenzen (MCB) poly (methylmethakrylát), PMMA následuje filtrace je efektivní způsob, jak očistit SWNTs. Tento polymer-pomáhal způsob čištění umožňuje efektivní odstranění nečistot z as-pěstovaných SWNTs. (Yudasaka a kol.) Přesné řízení amplitudy ultrazvuku umožňuje omezit škody na SWNTs.

Hielscher je široká škála ultrazvukových zařízení a příslušenství pro efektivní rozptýlení nanotrubiček.

• Kompaktní laboratorní přístroje až do výše Ultrazvukový výkon 400 wattů pro dispergování do menších objemech až 2 litry
• UIP500hdT, UIP1000hdT a UIP1500hdT jsou ultrazvukové procesory, které mohou zpracovávat větší objemy.
• Ultrazvukové systémy 2kW (UIP2000hdT) a 4kW (UIP4000hdT) lze použít pro dispergaci uhlíkových nanotrubiček ve výrobním měřítku. Ten UIP10000 (10 kilowattů) a UIP16000 (16 kilowattů) lze použít v klastrech několika jednotlivých jednotek pro rozsáhlé zpracování uhlíkových nanotrubiček.”

Literatura

• Koshio, A., Yudasaka, M., Zhang, M., Iijima, S. (2001): A Simple Way to Chemically React Single-Wall Crabon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication; in Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001, p. 361-363.
• Yudasaka, M., Zhang, M., Jabs, C. et al. (2000): Effect of an organic polymer in purification and cutting of single-wall carbon nanotubes. Appl Phys A 71, 449–451 (2000).
• Paredes, J. I., Burghard, M. (2004): Dispersions of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes of High Length, in: Langmuir, Vol. 20, No. 12, 2004, 5149-5152, American Chemical Society.