Kulstofnanorør er stærke og fleksible, men meget sammenhængende. De er vanskelige at sprede i væsker, såsom vand, ethanol, olie, polymer eller epoxyharpiks. Ultralyd er en effektiv metode til at opnå diskret – single-dispergeret – kulstof nanorør.

Kulstofnanorør (CNT) anvendes i klæbemidler, belægninger og polymerer og som elektrisk ledende fyldstoffer i plast til at sprede statiske ladninger i elektrisk udstyr og i elektrostatisk malbare bilpaneler. Ved brug af nanorør kan polymerer gøres mere modstandsdygtige over for temperaturer, barske kemikalier, ætsende miljøer, ekstreme tryk og slid. Der er to kategorier af kulstofnanorør: Enkeltvægs nanorør (SWNT) og flervægs nanorør (MWNT).

Kulstofnanorør er generelt tilgængelige som tørt materiale, f.eks. fra virksomheder, såsom SES-forskning eller CNT Co., Ltd. En enkel, pålidelig og skalerbar proces for deagglomeration er nødvendig for at udnytte nanorør til deres maksimale potentiale. For væsker på op til 100.000 cP ultralyd er en meget effektiv teknologi til spredning af nanorør i vand, olie eller polymerer ved lave eller høje koncentrationer. De flydende jetstrømme, der er resultatet af Ultrasonic kavitation, overvinde bindekræfterne mellem nanorørene og adskille rørene. På grund af de ultralydsgenererede forskydningskræfter og mikroturbulenser kan ultralyd også hjælpe med overfladebelægning og kemisk reaktion af nanorør med andre materialer.

Generelt er en grov nanorør-dispersion først forblandet af en standard omrører og derefter homogeniseret i ultralyd flow celle reaktoren. Videoen nedenfor viser et laboratorieforsøg (batch sonikering ved hjælp af en UP400S) spredning af flervæggede kulstofnanorør i vand ved lav koncentration. På grund af kulstofs kemiske natur er nanorørenes dispergerende opførsel i vand ret vanskelig. Som vist i videoen kan det let påvises, at ultralydbehandling er i stand til at sprede nanorør effektivt.

Dispersion af individuelle SWNT'er med høj længde

Et stort problem for behandling og manipulation af SWNT er rørets iboende uopløselighed i almindelige organiske opløsningsmidler og vand. Funktionalisering af nanotubes sidevæg eller åbne ender for at skabe en passende grænseflade mellem SWNT'erne og opløsningsmidlet fører kun til delvis udskillelse af SWNT-tovene.
Som et resultat bliver SWNT'erne typisk dispergeret som bundter frem for fuldt isolerede individuelle objekter. Når for hårde betingelser anvendes under spredning, afkortes SWNT'erne i længder mellem 80 og 200 nm. Selv om dette er nyttigt til bestemte tests, er denne længde for lille til de fleste praktiske anvendelser, såsom halvledende eller forstærkende SWNT'er. Kontrolleret, mild ultralydbehandling (f.eks. Ved UP200Ht med 40mm sonotrode) er en effektiv fremgangsmåde til fremstilling af vandige dispersioner af lange individuelle SWNT'er. Sekvenser af mild ultralyd minimerer afkortningen og giver maksimal bevarelse af strukturelle og elektroniske egenskaber.

Rensning af SWNT af Polymer-Assisted Ultralydbehandling

Det er vanskeligt at studere den kemiske modifikation af SWNT'er på molekylært niveau, fordi det er svært at opnå rene SWNT'er. As-grown SWNT'er indeholder mange urenheder, såsom metalpartikler og amorfe carboner. Ultralydning af SWNT'er i en monochlorbenzen (MCB) opløsning af poly (methylmethacrylat) PMMA efterfulgt af filtrering er en effektiv måde at rense SWNT'er på. Denne polymerassisterede oprensningsmetode tillader at fjerne urenheder fra så udviklede SWNT'er effektivt. (Yudasaka et al.) Nøjagtig kontrol af ultralydningsamplituden gør det muligt at begrænse skader på SWNT'erne.

Hielscher s bred vifte af ultralydsenheder og tilbehør til effektiv spredning af nanorør.

• Kompakte laboratorium udstyr på op til 400 watt ultralyd effekt til dispergering i mindre mængder op til 2 liter
• UIP500hdT, UIP1000hdT og UIP1500hdT er ultralydsprocessorer, der kan behandle større mængder.
• Ultralydsystemer af 2kW (UIP2000hdT) og 4kW (UIP4000hdT) kan bruges til spredning af kulstofnanorør i produktionsskala. Den UIP10000 (10 kilowatt) og UIP16000 (16 kilowatt) kan anvendes i klynger af flere individuelle enheder til storstilet behandling af kulstofnanorør.”

Litteratur

• 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.