Dispersion af kulstofnanorør i 3D-printbare blæk

En ensartet spredning af CNT'er i 3D-printbare farver kan forbedre blækets egenskaber og muliggøre nye anvendelser inden for forskellige områder. Sonde-type ultralydbehandling er en meget 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 anvendelser på grund af deres unikke egenskaber. Spredningen 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-printbare 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 giver mulighed for strøm af elektrisk strøm.

Fordele ved ultralyd CNT? polymerdispersion

Ultralydbehandling er en meget effektiv dispergeringsteknik, som har flere fordele. Fordelene ved ultralydsdispergering af kulstofnanorør (CNT'er) i polymerer inkluderer:

Generel protokol for ultralydsproduktion af CNT? PDMS-kompositter

Ultralydbehandling anvendes til spredning af adskillige nano-størrelse materialer i polymerer. En specifik og almindeligt anvendt anvendelse er dispersion af kulstofnanorør (CNT'er) i dimethylpolysiloxan (PDMS) ved hjælp af sonde-type sonikering. For at sprede CNT'er ind i PDMS-matrixen bruges ultralyd og de resulterende virkninger af akustisk kavitation til at løsne nanorørene og blande dem ensartet til 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.
Ultralydsdispergering er et simpelt behandlingstrin, der ikke kræver nogen specifik for- eller efterbehandling. Selve ultralydsudstyret er sikkert og let at betjene.
Dispersionsprocessen 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 forblandes ved hjælp af mekanisk omrører. Interessant nok kunne den elektriske ledningsevne øges ved at fordispergere CNT'er i et opløsningsmiddel. De bedste resultater opnås ved 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. Afhængig 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 scanningselektronmikroskopi (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 sonde-type sonikering en kraftfuld metode til dispergering af CNT'er i polymerer såsom PDMS på grund af dens evne til at generere intense kavitationskræfter, der effektivt kan bryde op og sprede agglomererede CNT'er.

Casestudier af ultralydsfremstilling 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 demonstrerer den enestående effektivitet af ultralyd nanorørdispersion.

Ultralydsspredning af CNT'er i PDMS til bærbare sensorer

Del Bosque et al. (2022) sammenlignede tre-valsefræsning og sonikering for deres effektivitet af CNT-dispersion. Analysen af dispersionsproceduren af nanopartikler i polymermatrixen viser, at ultralydsteknikken giver en højere elektrisk følsomhed sammenlignet med tre-valsefræsning på grund af den højere homogenitet af CNT-fordelingen induceret af kavitationskræfterne. Ved test af forskellige CNT-belastninger viste det sig, at perkolationstærsklen for CNT-PDMS-systemet, det vil sige det kritiske CNT-indhold, hvor det bliver elektrisk ledende, var 0,4 vægt% CNT. Multi-Wall Carbon Nanotubes (MWCNT'er) blev dispergeret ved ultralydbehandling ved hjælp af Hielscher ultralydsapparat UP400ST (se billedet til venstre) ved 0,5 pulscyklusser og 50% amplitude i 2 timer. Virkningerne af ultralydsspredning 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 nogen tilstedeværelse af skader ved 2 %, 5 % og 10 % belastning, hvilket gør disse sensorer pålidelige til overvågning af medium belastning.

Ultralydsdispersion af MWCNT'er i PDMS ved hjælp af ultralydsapparatet UP400St på forskellige sonikeringstidspunkter.(Studie og billede: ©del Bosque et al., 2022)

Højtydende ultralydsdispergeringsudstyr til CNT/polymer nanokompositter

Hielscher Ultrasonics fremstiller ultralydssonder med høj effekt til krævende dispergeringsapplikationer i laboratorier, bordplader og industri. 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 at opnå ensartet partikelstørrelsesfordeling, stabile dispersioner og/eller nanopartikelfunktionalisering.
Ved at reducere behandlingstiden og minimere energiforbruget kan ultralydssondespredere forbedre produktiviteten og reducere driftsomkostningerne for virksomheder på tværs af en række forskellige industrier.
Hielscher ultralydapparater kan også tilpasses til at passe 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 ultralydssondespredere en fremragende investering for laboratorier og industrier, der ønsker at optimere deres arbejdsgange for behandling af nanomaterialer og opnå konsistente, pålidelige resultater.

Design, produktion 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 ultralydsapparater.

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

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: