Ensartet dispergerede CNTs ved ultralydbehandling
For at udnytte de ekstraordinære funktionaliteter i Carbon Nanorør (CNTs), skal de være homogent spredt.
Ultralyddispersatorer er det mest almindeligt værktøj til at distribuere CNTs til vandige og solvent baserede suspensioner.
Ultralyddispergerings teknologien skaber tilstrækkelig høj forskydnings energi for at opnå en fuldstændig adskillelse af CNTs uden at beskadige dem.
Ultralyd Dispersering af Carbon Nanotubes
Carbon nanorør (CNTs) har et meget højt billedformat og udviser en lav tæthed samt et enormt overfladeareal (flere hundrede m2/g), hvilket giver dem unikke egenskaber såsom meget høj trækstyrke, stivhed og sejhed og en meget høj elektrisk og termisk ledningsevne. På grund af Van der Waals kræfter, som tiltrækker de enkelte kulstof nanorør (CNTs) til hinanden, CNTs arrangere normalt i bundter eller skeins. Disse intermolekylære kræfter tiltrækning er baseret på en π-bond stabling fænomen mellem tilstødende nanorør kendt som π-stabling. For at få det fulde udbytte af kulstofnanorør skal disse agglomerater udviklet, og CNT'erne skal fordeles jævnt i en homogen spredning. Intens ultralydbehandling skaber akustisk kavitation i væsker. Den derved genererede lokale forskydningsstress bryder CNT-aggregater og spreder dem ensartet i en homogen suspension. Ultralydspredningsteknologien skaber tilstrækkelig høj forskydningsenergi til at opnå en fuldstændig adskillelse af CNT'er uden at beskadige dem. Selv for den følsomme SWNTs sonikering er med succes anvendes til at adskille dem individuelt. Ultralydbehandling leverer blot et tilstrækkeligt stressniveau til at adskille SWNT-aggregaterne uden at forårsage meget brud på individuelle nanorør (Huang, Terentjev 2012).
- Enkelt dispergerede CNTs
- Homogen fordeling
- Høj dispersion effektivitet
- Høje CNT-belastninger
- Ingen CNT nedbrydning
- hurtig behandling
- præcis kontrol proces
UIP2000hdT – 2kW kraftfuld Ultralydapparat til CNT dispersioner
Højtydende Ultralydssystemer til CNT dispersioner
Hielscher Ultrasonics leverer kraftfuldt og pålideligt ultralyds udstyr til effektiv spredning af CNTs. Uanset om du skal tilberede små CNT-prøver til analyse og R&D eller du er nødt til at fremstille store industrielle masser af bulk dispersioner, Hielscher produktsortiment tilbyder den ideelle ultralyds system til dine behov. Fra 50W ultrasonicators til Lab op til 16kW industrielle ultralydsenheder til kommerciel fremstilling, Hielscher Ultrasonics har du dækket.
For at producere kulstofnanorørdispersioner af høj kvalitet skal procesparametrene være velkontrollerede. Amplitude, temperatur, tryk og retentionstid er de mest kritiske parametre for en jævn CNT-fordeling. Hielschers ultralydapparater giver ikke kun mulighed for præcis styring af hver parameter, alle procesparametre registreres automatisk på det integrerede SD-kort i Hielschers digitale ultralydssystemer. Protokollen for hver sonikeringsproces er med til at sikre reproducerbare resultater og ensartet kvalitet. Via fjernbetjening browser kontrol brugeren kan betjene og overvåge ultralyd enhed uden at være på placeringen af ultralydssystemet.
Da enkelt-walled Carbon Nanorør (SWNTs) og multi-walled Carbon Nanorør (MWNTs) samt den valgte vandige eller solvent medium kræver specifikke forarbejdnings intensiteter, ultralyd amplitude er en nøglefaktor, når det kommer til det endelige produkt. Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje samt meget milde amplitude. Opret den ideelle amplitude til dine proceskrav. Selv amplituder på op til 200 μm kan nemt kontinuerligt køre i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydsonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielscher s ultralyds udstyr giver mulighed for 24/7 drift på tunge og i krævende miljøer.
Vores kunder er tilfredse med den fremragende robusthed og pålidelighed af Hielscher ultralydssystemer. Installationen i områder af tunge applikationer, krævende miljøer og 24/7 drift sikrer effektiv og økonomisk behandling. Ultralyd procesintensivering reducerer behandlingstid og opnår bedre resultater, dvs højere kvalitet, højere udbytter, innovative produkter.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:
| Batch Volumen | Strømningshastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 0.5 til 1,5 ml | na | VialTweeter |
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml / min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 til 100 l | 2 til 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 til 100 l / min | UIP16000 |
| na | større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg Os!
High-Power ultralyds-processorer fra Lab til pilot og industriel skala.
Litteratur / Referencer
- 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 Værd at vide
carbon nanorør
Carbon Nanorør (CNTs) er en del af en særlig klasse af endimensionelle kulstof materialer, udstiller exceptionelle mekaniske, elektriske, termiske, og optiske egenskaber. De er en vigtig komponent, der anvendes til udvikling og produktion af avancerede nanomaterialer såsom Nano-kompositter, forstærkede polymerer osv., og de anvendes derfor i de nyeste teknologier. CNTs udsætter en meget høj trækstyrke, overlegne termiske overførsels egenskaber, lav-bånd huller og optimal kemisk og fysisk stabilitet, hvilket gør nanorør et lovende additiv til mangfoldige materialer.
Afhængigt af deres struktur, er CNTS skelnes i enkelt-walled Carbon Nanorør (SWNTs), dobbelt-walled Carbon Nanorør (DWCNTs), og multi-walled Carbon Nanorør (MWNTs).
SWNTs er hule, lange cylindriske rør lavet af en Atom-tyk Carbon Wall. Atomkul ark er arrangeret i en honeycomb gitter. Ofte er de begrebsmæssigt sammenlignet med opløftede plader af enkeltlags grafit eller Graphene.
DWCNTs består af to enkelt-walled nanorør, med en indlejret i den anden.
MWNTs er en CNT form, hvor flere enkelt-walled Carbon Nanorør er indlejret inde i hinanden. Da deres diameter svinger mellem 3 – 30 nm og da de kan vokse flere cm lange, kan deres billedformat variere mellem 10 og 10.000.000. Sammenlignet med carbon nanofibre har MWNTs en anden vægstruktur, en mindre udvendig diameter og et hult interiør. Almindeligt anvendt industrielt tilgængelig maskinskrevet MWNTs er fx Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 og FutureCarbon CNT-MW.
Syntese af CNTs: CNTs kan produceres ved plasmabaseret syntesemetode eller Arc udledning fordampning metode, laser ablation metode, termisk syntese proces, kemisk damp deposition (CVD) eller plasma-forstærket kemisk damp deposition.
Funktionalisering af CNTs: For at forbedre egenskaberne for Carbon Nanorør og gøre dem dermed mere egnet til en specifik applikation, er CNTs ofte funktionaliseret, fx ved at tilføje carboxylsyre (-COOH) eller hydroxyl (-OH) grupper.
CNT Dispergerings additiver
Nogle få opløsningsmidler såsom supersyrer, ioniske væsker og N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone er i stand til at forberede relativt højkoncentrationsdispersioner af CNT'er, mens de mest almindelige opløsningsmidler til nanorør, såsom N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), dimethylformamid (DMF) og 1,2-dichrolobenzen kan kun sprede nanorør ved meget lave koncentrationer (f.eks. typisk <0.02 wt% af single-walled CNTs). De mest almindelige dispersionsmidler er polyvinylpyrrolidon (PVP), NatriumDodecyl Benzensulfonat (SDBS), Triton 100 eller NatriumdodecylSulfonat (SDS).
Cresols er en gruppe af industrielle kemikalier, som kan behandle CNT'er i koncentrationer op til snesevis af vægtprocent, hvilket resulterer i en kontinuerlig overgang fra fortyndede dispersions, tykke pastaer og fritstående geler til en hidtil uset legedejsagtig tilstand, da CNT-indlæsning øges. Disse stater udviser polymer-lignende reologiske og viskoelastiske egenskaber, som ikke kan nås med andre almindelige opløsningsmidler, hvilket tyder på, at nanorør er faktisk opdelt og fint spredt i cresols. Cresols kan fjernes efter forarbejdning ved opvarmning eller vask, uden at ændre overfladen af CNTs. [Chiou et al. 2018]
Anvendelser af CNT dispersioner
For at bruge fordelene ved CNTs, skal de spredes i en væske som en polymerer, jævnt dispergerede CNTs anvendes til fremstilling af ledende plast, flydende krystaldisplays, organiske lysemitterende dioder, berøringsskærme, fleksible displays, solceller , ledende blæk, statiske kontrolmaterialer, herunder film, skum, fibre og stoffer, polymer belægninger og klæbemidler, højtydende polymer kompositter med exceptionel mekanisk styrke og sejhed, polymer/CNT kompositfibre, samt Letvægts og antistatiske materialer.