Stejnoměrně rozptýlené CNTs v ultrazvuku
Aby byly zneužity výjimečné funkce uhlíkových nanotrubek (CNTs), musí být homogenně rozptýleny.
Ultrazvukové disperze jsou nejběžnější Nástroj pro distribuci CNTs do vodných suspenzí a suspenze na bázi rozpouštědel.
Ultrazvuková technologie rozptylování vytváří dostatečně vysokou střihací energii, aby bylo dosaženo úplného oddělení CNTs, aniž by došlo k jejich poškození.
Ultrazvukové Dispergace uhlíkových nanotrubiček
Uhlíkové nanotrubičky (CNT) mají velmi vysoký poměr stran a vykazují nízkou hustotu, stejně jako obrovskou plochu (několik set m2/g), což jim dává jedinečné vlastnosti, jako je velmi vysoká pevnost v tahu, tuhost a houževnatost a velmi vysoká elektrická a tepelná vodivost. Díky van der Waalsovým silám, které k sobě navzájem přitahují jednorázové nanotrubičky (CNT), se CNT obvykle uspořádají ve svazcích nebo pražcích. Tyto mezimolekulární síly přitažlivosti jsou založeny na π-bond stohování jev mezi sousedními nanotrubičky známé jako π-stohování. Aby se z uhlíkových nanotrubiček plně těžily, musí být tyto aglomeráty rozptýleny a CNT musí být rovnoměrně rozloženy v homogenní disperze. Intenzivní ultrazvuku vytváří akustickou kavitaci v kapalinách. Tím to vytváří lokální smykové napětí láme agregáty CNT a rovnoměrně je rozptýlí v homogenní suspenzi. Ultrazvuková technologie dispersingu vytváří dostatečně vysokou smykovou energii, aby dosáhla úplného oddělení CNT, aniž by je poškodila. Dokonce i pro citlivé SWNTs použití ultrazvuku se úspěšně aplikuje na jejich individuální odlomení. Ultrazvuku jen poskytuje dostatečnou úroveň stresu oddělit SWNT agregáty, aniž by způsobily mnoho zlomenin jednotlivých nanotrubiček (Huang, Terentjev 2012).
- Jednorozptýlené CNTs
- Homogenní distribuce
- Vysoká účinnost rozptylování
- Vysoké CNT zatížení
- Žádné snížení CNT
- rychlé zpracování
- přesné řízení procesu
UIP2000hdT – 2kW výkonný ultrakoniktor pro disperze pro CNT
Vysoce výkonné ultrazvukové systémy pro CNT disperze
Hielscher Ultrazvukový materiál poskytuje výkonné a spolehlivé ultrazvukové zařízení pro účinné rozptýlení CNTs. Jestli potřebujete připravit malé vzorky CNT pro analýzu a R&D nebo musíte vyrobit velké množství průmyslových šarží hromadných disperzí, produktová řada Hielscher nabízí ideální Ultrazvukový systém pro vaše požadavky. Z 50W ultrasonicátory pro laboratorní až průmyslové ultrazvukové jednotky (16kW) pro komerční výrobu, jste pokryti Hielscher Ultrasonics.
Pro výrobu vysoce kvalitních disperzí uhlíkových nanotrubiček musí být parametry procesu dobře kontrolovány. Amplituda, teplota, tlak a retenční doba jsou nejdůležitějšími parametry pro rovnoměrné rozložení CNT. Hielscherovy ultrasonicatory nejen umožňují přesné ovládání každého parametru, všechny parametry procesu jsou automaticky zaznamenány na integrované SD kartě digitálních ultrazvukových systémů Hielscher. Protokol každého procesu použití ultrazvuku pomáhá zajistit reprodukovatelné výsledky a konzistentní kvalitu. Prostřednictvím dálkového ovládání prohlížeče může uživatel ovládat a sledovat ultrazvukové zařízení, aniž by byl na umístění ultrazvukového systému.
Vzhledem k tomu, že uhlíkové nanotrubky s jedním obehnaným uhlíkem (SWNTs) a víceobehnané uhlíkové nanotrubičky (MWNTs) a vybrané vodné nebo rozpouštěcí médium vyžadují zvláštní intenzitu zpracování, je Ultrazvuková amplituda v případě konečného výrobku klíčovým faktorem. Hielscher Ultrasonika’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké a velmi mírné amplitudy. Vytvořte ideální amplitudu pro požadavky na proces. Dokonce i amplitudy až do 200 μm lze snadno plynule spustit za 24/7 provozu. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici vlastní ultrazvukové sonotrody. Robustnost Hielscherova ultrazvukového zařízení umožňuje 24/7 provoz při vysoké službě a v náročném prostředí.
Naši zákazníci jsou spokojeni s vynikající robustností a spolehlivostí systémů Hielscher ultrazvuku. Instalace v oblastech s náročnými aplikacemi, náročným prostředím a 24/7 operací zajišťuje efektivní a hospodárné zpracování. Ultrazvuková zesilování procesu zkracuje dobu zpracování a dosahuje lepších výsledků, tedy vyšší kvality, vyšších výnosů, inovačních výrobků.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:
| Hromadná dávka | průtok | Doporučené Devices |
|---|---|---|
| 00,5 až 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000ml | 20 až 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 00,1 až 20L | 00,2 až 4 litry / min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 až 100L / min | UIP16000 |
| na | větší | hrozen UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!
Vysoce energetické ultrazvukové procesory od laboratoře k pilotnímu a průmyslovému měřítku.
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.
Fakta Worth Knowing
uhlíkové nanotrubice
Uhlíkové nanotrubičky (CNTs) jsou součástí speciální třídy jednorozměrného uhlíkového materiálu, které vykazuje výjimečné mechanické, elektrické, tepelné a optické vlastnosti. Jsou významným prvkem používaným při vývoji a výrobě moderních nanomateriálů, jako jsou nano-kompozity, zesílené polymery atd., a proto se používají ve nejmodernejlejších technologiích. CNTs vykazuje velmi vysokou pevnost v tahu, špičkové vlastnosti tepelného přenosu, nízkopásmové mezery a optimální chemickou a fyzickou stabilitu, která vyrábí nanotrubičky jako slibnou aditivum pro materiál z potrubí.
V závislosti na jejich struktuře se CNTS rozlišují do jednozděných uhlíkových nanotrubic (Výtěrků), dvousložkových uhlíkových nanodutých profilů (DWCNTs) a multi-zděných uhlíkových nanotrubic (MWNTs).
SWNTs jsou duté, dlouhé válcovité trubky vyrobené z jedné atomické uhlíkové stěny. Atomový list uhlíků je uspořádán do voštové mřížky. Často jsou koncepčně porovnávány s více vrstvami jednovrstvých grafitů nebo grafenu.
DWCNTs se skládá ze dvou jednozděných nanotrubic s jedním vnořeným uvnitř.
MWNTs je formulář v CNT, kde se do sebe vnořuje více jednosložkových uhlíkových nanotrubek. Vzhledem k tomu, že jejich průměr se pohybuje mezi 3 – 30 Nm a může být delší než několik centimetrů, může se jejich poměr stran pohybovat mezi 10 a 10 000 000. Ve srovnání s uhlíkatými nanovlákny mají MWNTs odlišnou strukturu zdí, menší vnější průměr a dutý vnitřek. K běžně používaným průmyslově dostupným typu MWNTs patří například Baytrubky® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 a FutureCarbon CNT-MW.
Syntéza CNTs: CNTs může být vyráběn metodou syntézy založené na plazmě nebo metodami odpařování elektrického oblouku, metodou pro optání laserem, procesem tepelné syntézy, chemickou dekádací (CVD) nebo plasmovou chemickou depozici.
Funkcionalizace CNTs: Pro zlepšení charakteristik uhlíkových nanotrubek, které jsou tím vhodnější pro specifickou aplikaci, jsou CNTs často funkcionalizované, například přidáním karboxylové kyseliny (-COOH) nebo hydroxylových (-OH) skupin.
Přísady rozptylování CNT
Několik rozpouštědel, jako jsou super kyseliny, iontové kapaliny a N-cyklohexyl-2-pyrrolidnone, je schopno připravit disperze CNT s relativně vysokou koncentrací, zatímco nejčastější rozpouštědla pro nanotrubičky, jako je N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), dimethylformamid (DMF) a 1,2-dichrolobenzenu mohou nanotrubice rozptýlit pouze při velmi nízkých koncentracích (např. <0.02 wt% jednostěných CNT). Mezi nejčastější disperzní látky patří polyvinylpyrrolidon (PVP), Dodecyl Benzene sulfonát sodný (SDBS), Triton 100 nebo Dodecyl sulfonát sodný (SDS).
Kresoly jsou skupina průmyslových chemikálií, které mohou zpracovávat CNT v koncentracích až do desítek procent hmotnosti, což vede k nepřetržitému přechodu z ředících disperzí, tlustých past a volně stojících gelů do bezprecedentního stavu podobného playdoughu, protože Zatížení CNT se zvyšuje. Tyto stavy vykazují polymerní reologické a viskoelastické vlastnosti, které nejsou dosažitelné s jinými běžnými rozpouštědly, což naznačuje, že nanotrubičky jsou skutečně rozčleněny a jemně rozptýleny v křeslíkech. Kresoly mohou být po zpracování odstraněny zahřátím nebo praním, aniž by došlo ke změně povrchu CNT. [Chiou et al. 2018]
Aplikace disperzí CNT
Aby bylo možné využít výhod CNTs, musí se rozptýlit do kapaliny, jako jsou polymery, rovnoměrně rozptýlené CNTs se používá pro výrobu vodivých plastů, displejů z tekutých krystalů, organických diodů vyzařujících světlo, dotykové obrazovky, pružné displeje, solární buňky , vodivé inkousty, statické kontrolní materiály, včetně filmů, pěny, vláken a tkanin, polymerních povlaků a lepidel, vysoce výkonné polymerové kompozity s výjimečnou mechanickou pevností a houževnatostí, kompozitních vláken z polymerů a CNT, jakož i lehké a Antistatická materiály.