En ensartet spredning af CNT'er i 3D-printbart blæk kan forbedre blækkets egenskaber og muliggøre nye applikationer inden for forskellige områder. Sonde-type ultralydbehandling er en yderst pålidelig dispergeringsteknik til fremstilling af stabile nanosuspensioner af CNT'er i polymerer.

Effektiv og stabil CNT-dispersion i polymerer på grund af sonikering

Kulstofnanorør (CNT'er) dispergeres ofte i siliciumolier til forskellige applikationer på grund af deres unikke egenskaber. Dispersionen af CNT'er i siliciumolier kan forbedre de mekaniske, termiske og elektriske egenskaber af de resulterende materialer. En sådan anvendelse er fremstilling af CNT-doterede polymerer til ledende 3D-printbart blæk, f.eks. til biobaseret additiv fremstilling af bærbare taktile sensorer, patientspecifikke vævsregenereringsstilladser og fleksible EKG- og EEG-elektroder.
Derudover kan CNT'er dispergeret i siliciumolier bruges som ledende blæk i elektroniske enheder, såsom fleksible skærme og sensorer. CNT'erne fungerer som ledende veje, der muliggør strømmen af elektrisk strøm.

Fordele ved ultralyd CNT / polymerdispersion

Ultralydbehandling er en meget effektiv dispergeringsteknik, som kommer med flere fordele. Fordelene ved ultralyddispergering af kulstofnanorør (CNT'er) i polymerer omfatter:

Generel protokol for ultralydsproduktion af CNT / PDMS-kompositter

Ultralydbehandling bruges til spredning af talrige nano-størrelse materialer i polymerer. En specifik og almindeligt anvendt anvendelse er dispersionen af carbon nanorør (CNT'er) i dimethylpolysiloxan (PDMS) ved hjælp af sonde-type sonikering. For at sprede CNT'er i PDMS-matrixen anvendes effekt ultralyd og de resulterende virkninger af akustisk kavitation til at løsne nanorørene og blande dem ensartet i en nanosuspension. Sonde-type sonikering er en kraftfuld metode til dispergering af CNT'er på grund af dens evne til at generere intense kavitationskræfter, der effektivt kan bryde op og sprede agglomererede CNT'er.
Ultralyddispergering er et simpelt behandlingstrin, der ikke kræver nogen specifik for- eller efterbehandling. Ultralydsudstyret selv er sikkert og let at betjene.
Processen med dispersion ved hjælp af sonde-type sonikering involverer typisk følgende trin:

1. Fremstilling af CNT-PDMS-blandingen: En forudbestemt mængde CNT'er tilsættes til PDMS-matrixen og blandes ved hjælp af mekanisk omrører. Interessant nok kunne den elektriske ledningsevne øges ved prædispergering af CNT'er i et opløsningsmiddel. De bedste resultater opnås med tetrahydrofuran (THF), acetone eller chloroform (sorteret efter de bedste resultater).
2. Sonde-type sonikering: Blandingen udsættes for sonde-type sonikering ved hjælp af en ultralydssonde med høj intensitet, der genererer ultralydbølger med en frekvens på typisk ca. 20 kHz. Afhængigt af volumen og formulering udføres sonikering typisk i flere minutter for at sikre fuldstændig spredning af CNT'erne.
3. Overvågning af spredningen: Spredningen af CNT'erne overvåges ved hjælp af teknikker som scanningelektronmikroskopi (SEM), transmissionselektronmikroskopi (TEM) eller UV-Vis-spektroskopi. Disse teknikker kan bruges til at visualisere fordelingen af CNT'er inden for PDMS-matrixen og til at sikre, at CNT'erne er ensartet spredt.

Sammenfattende er sonde-type sonikering en kraftfuld metode til dispergering af CNT'er i polymerer som PDMS på grund af dets evne til at generere intense kavitationskræfter, der effektivt kan bryde op og sprede agglomererede CNT'er.

Casestudier af ultralydfabrikation af CNT / polymerkompositter

Spredningen af nanorør og andre kulstofbaserede nanomaterialer ved hjælp af sonde-type ultralydbehandling er blevet grundigt undersøgt og er efterfølgende blevet implementeret i industriel produktion. Nedenfor præsenterer vi et par forskningsundersøgelser, som viser den ekstraordinære effektivitet af ultralyd nanorør dispersion.

Ultralydsspredning af CNT'er i PDMS til bærbare sensorer

Del Bosque et al. (2022) sammenlignede trevalsfræsning og sonikering for deres effektivitet af CNT-dispersion. Analysen af dispersionsproceduren for nanopartikler i polymermatrixen viser, at ultralydbehandlingsteknikken giver en højere elektrisk følsomhed sammenlignet med trevalsfræsning på grund af den højere homogenitet af CNT-fordelingen induceret af kavitationskræfterne. Test af forskellige CNT-belastninger viste perkolationstærsklen for CNT-PDMS-systemet, det vil sige det kritiske CNT-indhold, hvori det bliver elektrisk ledende, at være 0,4 vægt% CNT. Multi-Wall Carbon Nanotubes (MWCNTs) blev spredt ved ultralydbehandling ved hjælp af Hielscher ultralydator UP400ST (se billedet til venstre) ved 0,5 pulscyklusser og 50% amplitude i 2 timer. Virkningerne af ultralyd dispergering i løbet af sonikeringstiden er vist på billedet nedenfor.
Baseret på denne analyse blev de optimale betingelser for fremstilling af de bærbare sensorer valgt som 0,4 vægt% CNT ved hjælp af en ultralydbehandlingsproces. I denne henseende viste en analyse af den elektriske respons under på hinanden følgende belastningscyklusser en høj robusthed af de udviklede sensorer uden tilstedeværelse af skader ved 2%, 5% og 10% belastning, hvilket gør disse sensorer pålidelige til overvågning af mediumbelastning.

Ultralyddispersion af MWCNT'er i PDMS ved hjælp af ultralydapparatet UP400St på forskellige sonikeringstider.
(Undersøgelse og billede: ©del Bosque et al., 2022)

Højtydende ultralyddispergeringsudstyr til CNT / polymer nanokompositter

Hielscher Ultrasonics producenter ultralydssonder med høj effekt til krævende dispergeringsapplikationer i laboratoriet, bænk-top og industrien. Hielscher Ultrasonics dispergeringsmidler giver effektiv og præcis homogenisering og dispersion af nanomaterialer i opløsningsmidler, polymerer og kompositter.
Med deres avancerede ultralydsteknologi tilbyder disse dispergeringsmidler en hurtig og nem løsning til opnåelse af ensartet partikelstørrelsesfordeling, stabile dispersioner og / eller nanopartikelfunktionalisering.
Ved at reducere behandlingstiden og minimere energiforbruget kan ultralydssondedispergeringsmidler forbedre produktiviteten og reducere driftsomkostningerne for virksomheder på tværs af en række brancher.
Hielscher ultralydapparater kan også tilpasses til specifikke krav, med muligheder for en række sondestørrelser, boosterhorn, effektniveauer og flowceller, hvilket gør dem alsidige og tilpasningsdygtige til forskellige nanoformuleringer og volumener.
Samlet set er ultralydssondedispergeringsmidler en fremragende investering for laboratorier og industrier, der ønsker at optimere deres nanomaterialebehandlingsarbejdsgange og opnå konsistente, pålidelige resultater.

Design, fremstilling og rådgivning – Kvalitet fremstillet i Tyskland

Hielscher ultralydapparater er kendt for deres højeste kvalitet og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør en jævn integration af vores ultralydapparater i industrielle faciliteter. Barske forhold og krævende miljøer håndteres pålideligt af Hielscher ultralydapparater.

Hielscher Ultrasonics er et ISO-certificeret firma og lægger særlig vægt på højtydende ultralydapparater med state-of-the-art teknologi og brugervenlighed. Selvfølgelig er Hielscher ultralydapparater CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: