Ultralydsdispergering af kulstofnanorør (CNT)
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 – enkelt-dispergeret – kulstofnanorør.
Kulstofnanorør (CNT) bruges i klæbemidler, belægninger og polymerer og som elektrisk ledende fyldstoffer i plast for at sprede statiske ladninger i elektrisk udstyr og i elektrostatisk malbare karrosseripaneler. Ved brug af nanorør kan polymerer gøres mere modstandsdygtige over for temperaturer, skrappe kemikalier, ætsende miljøer, ekstreme tryk og slid. Der er to kategorier af kulstofnanorør: Enkeltvæggede nanorør (SWNT) og flervæggede nanorør (MWNT).

Industriel ultralydshomogenisator UIP1500hdT til dispergering af kulstofnanorør (CNT) og andre nanomaterialer.

Generelt blandes en grov nanorør-dispersion først med en standardomrører og homogeniseres derefter i ultralydsflowcellereaktoren. Videoen nedenfor viser et laboratorieforsøg (batch-sonikering ved hjælp af en UP400S) dispergerer flervæggede kulstofnanorør i vand i lav koncentration. På grund af kulstoffets kemiske natur er nanorørs dispergerende adfærd i vand ret vanskelig. Som vist i videoen kan det let demonstreres, at ultralydbehandling er i stand til at sprede nanorør effektivt.
Spredning af individuelle SWNT'er af høj længde
Et stort problem ved behandling og manipulation af SWNT'er er rørenes iboende uopløselighed i almindelige organiske opløsningsmidler og vand. Funktionalisering af nanorørets sidevæg eller åbne ender for at skabe en passende grænseflade mellem SWNT'erne og opløsningsmidlet fører for det meste kun til delvis eksfoliering af SWNT-rebene.
Som følge heraf spredes SWNT'erne typisk som bundter snarere end fuldt isolerede individuelle objekter. Når der anvendes for barske forhold under spredning, forkortes SWNT'erne til længder mellem 80 og 200 nm. Selvom dette er nyttigt til visse tests, er denne længde for lille til de fleste praktiske anvendelser, såsom halvledende eller forstærkende SWNT'er. UP200Ht med 40 mm sonotrode) er en effektiv procedure til fremstilling af vandige dispersioner af lange individuelle SWNT'er. Sekvenser af mild ultralydbehandling minimerer afkortningen og tillader maksimal bevarelse af strukturelle og elektroniske egenskaber.
Oprensning af SWNT ved polymerassisteret ultralydbehandling
Det er vanskeligt at studere den kemiske modifikation af SWNT'er på molekylært niveau, fordi det er vanskeligt at opnå rene SWNT'er. Ultralydbehandling 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 gør det muligt at fjerne urenheder fra SWNT'er i voks effektivt. (Yudasaka et al.) Nøjagtig kontrol af ultralydsamplituden gør det muligt at begrænse skader på SWNT'erne.
Hielscher's Bredt udvalg af ultralydsenheder og tilbehør til effektiv spredning af nanorør.
- Kompakte laboratorieenheder på op til 400 watt ultralydseffekt til dispergering i mindre mængder på op til 2 liter
- UIP500hdT, UIP1000hdT og UIP1500hdT er ultralydsprocessorer, der kan behandle større mængder.
- Ultralydssystemer af 2kW (UIP2000hdT) og 4kW (UIP4000hdT) kan bruges til spredning af kulstofnanorør i produktionsskala. Den UIP10000 (10 kilowatt) og UIP16000 (16 kilowatt) kan bruges i klynger af flere individuelle enheder til storskala behandling af kulstofnanorør.”
Kontakt os! / Spørg os!
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.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.