Ensartet dispergerede CNT'er ved ultralydbehandling
For at udnytte kulstofnanorørs (CNT'er) exceptionelle funktioner skal de være homogent spredt.
Ultralydsdispergeringsmidler er det mest almindelige værktøj til at distribuere CNT'er i vandige og opløsningsmiddelbaserede suspensioner.
Ultralydsdispergeringsteknologien skaber tilstrækkelig høj forskydningsenergi til at opnå en fuldstændig adskillelse af CNT'er uden at beskadige dem.
Ultralydsdispergering af kulstofnanorør
Kulstofnanorør (CNT'er) har et meget højt billedformat og udviser en lav densitet 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 kulstofnanorør (CNT'er) til hinanden, arrangeres CNT'er normalt i bundter eller nøgler. Disse intermolekylære tiltrækningskræfter er baseret på et π-bindingsstablingsfænomen mellem tilstødende nanorør kendt som π-stacking. For at få det fulde udbytte af kulstofnanorør skal disse agglomerater adskilles, og CNT'erne skal fordeles jævnt i en homogen dispersion. Intens ultralydbehandling skaber akustisk kavitation i væsker. Den derved genererede lokale forskydningsspænding bryder CNT-aggregater og spreder dem ensartet i en homogen suspension. Ultralydsdispergeringsteknologien skaber tilstrækkelig høj forskydningsenergi til at opnå en fuldstændig adskillelse af CNT'er uden at beskadige dem. Selv for de følsomme SWNT'er sonikering anvendes med succes til at løsne dem individuelt. Ultralydbehandling leverer bare et tilstrækkeligt stressniveau til at adskille SWNT-aggregaterne uden at forårsage meget brud på individuelle nanorør (Huang, Terentjev 2012).
- Enkeltdispergerede CNT'er
- Homogen fordeling
- Høj spredningseffektivitet
- Høje CNT-belastninger
- Ingen CNT-nedbrydning
- Hurtig behandling
- Præcis processtyring
UIP2000hdT – 2kW kraftig ultralydsapparat til CNT-dispersioner
Højtydende ultralydssystemer til CNT-dispersioner
Hielscher Ultrasonics leverer kraftfuldt og pålideligt ultralydsudstyr til effektiv spredning af CNT'er. Om du skal forberede små CNT-prøver til analyse og R&D eller du skal fremstille store industrielle partier af bulkdispersioner, tilbyder Hielschers produktsortiment det ideelle ultralydssystem til dine behov. Fra 50W ultralydapparater til laboratorium op til 16kW industrielle ultralydsenheder til kommerciel fremstilling har Hielscher Ultrasonics dig dækket.
For at producere kulstofnanorørdispersioner af høj kvalitet skal procesparametrene være godt kontrolleret. Amplitude, temperatur, tryk og retentionstid er de mest kritiske parametre for en jævn CNT-fordeling. Hielschers ultralydapparater giver ikke kun mulighed for præcis kontrol af hver parameter, alle procesparametre registreres automatisk på det integrerede SD-kort i Hielschers digitale ultralydssystemer. Protokollen for hver sonikeringsproces hjælper med at sikre reproducerbare resultater og ensartet kvalitet. Via fjernstyring af browseren kan brugeren betjene og overvåge ultralydsenheden uden at være på placeringen af ultralydssystemet.
Da enkeltvæggede kulstofnanorør (SWNT'er) og flervæggede kulstofnanorør (MWNT'er) samt det valgte vandige eller opløsningsmiddelmedium kræver specifikke behandlingsintensiteter, er ultralydsamplituden en nøglefaktor, når det kommer til det endelige produkt. Hielscher Ultralyd’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje såvel som meget milde amplituder. Etabler den ideelle amplitude til dine proceskrav. Selv amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Vores kunder er tilfredse med den enestående robusthed og pålidelighed af Hielscher Ultrasonics systemer. Installationen inden for krævende applikationer, krævende miljøer og 24/7-drift sikrer effektiv og økonomisk behandling. Ultralydsprocesintensivering reducerer behandlingstiden og opnår bedre resultater, dvs. højere kvalitet, højere udbytter, innovative produkter.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 0.5 til 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Ultralydsprocessorer med høj effekt fra laboratorie 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, der er værd at vide
Kulstof nanorør
Kulstofnanorør (CNT'er) er en del af en særlig klasse af endimensionelle kulstofmaterialer, der udviser exceptionelle mekaniske, elektriske, termiske og optiske egenskaber. De er en vigtig komponent, der anvendes i udviklingen og produktionen af avancerede nanomaterialer såsom nanokompositter, forstærkede polymerer osv. og anvendes derfor i de nyeste teknologier. CNT'er udsætter en meget høj trækstyrke, overlegne termiske overførselsegenskaber, lavbåndsmellemrum og optimal kemisk og fysisk stabilitet, hvilket gør nanorør til et lovende additiv til mangfoldige materialer.
Afhængigt af deres struktur skelnes CNTS i enkeltvæggede kulstofnanorør (SWNT'er), dobbeltvæggede kulstofnanorør (DWCNT'er) og flervæggede kulstofnanorør (MWNT'er).
SWNT'er er hule, lange cylindriske rør lavet af en et atom tyk kulstofvæg. Atomarket af kulstof er arrangeret i et bikagegitter. Ofte sammenlignes de konceptuelt med sammenrullede ark af enkeltlags grafit eller grafen.
DWCNT'er består af to enkeltvæggede nanorør, hvor det ene er indlejret i det andet.
MWNT'er er en CNT-form, hvor flere enkeltvæggede kulstofnanorør er indlejret inde i hinanden. Da deres diameter varierer mellem 3-30 nm, og da de kan blive flere cm lange, kan deres billedformat variere mellem 10 og ti millioner. Sammenlignet med kulstofnanofibre har MWNT'er en anden vægstruktur, en mindre ydre diameter og et hult indre. Almindeligt anvendte industrielt tilgængelige typer af MWNT'er er f.eks. Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 og FutureCarbon CNT-MW.
Syntese af CNT'er: CNT'er kan fremstilles ved plasmabaseret syntesemetode eller bueudladningsfordampningsmetode, laserablationsmetode, termisk synteseproces, kemisk dampaflejring (CVD) eller plasmaforstærket kemisk dampaflejring.
Funktionalisering af CNT'er: For at forbedre egenskaberne ved kulstofnanorør og derved gøre dem mere velegnede til en specifik anvendelse, funktionaliseres CNT'er ofte, f.eks. ved at tilsætte carboxylsyre (-COOH) eller hydroxyl (-OH) grupper.
CNT-dispergerende tilsætningsstoffer
Nogle få opløsningsmidler såsom supersyrer, ioniske væsker og N-cyclohexyl-2-pyrrolidnon er i stand til at fremstille dispersioner af CNT'er med relativt høj koncentration, mens de mest almindelige opløsningsmidler til nanorør, såsom N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), dimethylformamid (DMF) og 1,2-dichrolobenzen, kun kan dispergere nanorør ved meget lave koncentrationer (f.eks. typisk <002 vægtprocent af enkeltvæggede CNT'er). De mest almindelige dispersionsmidler er polyvinylpyrrolidon (PVP), natriumdodecylbenzensulfonat (SDBS), Triton 100 eller natriumdodecylsulfonat (SDS).
Cresoler er en gruppe af industrielle kemikalier, der kan behandle CNT'er i koncentrationer op til titusinder af vægtprocent, hvilket resulterer i en kontinuerlig overgang fra fortyndede dispersioner, tykke pastaer og fritstående geler til en hidtil uset legedejslignende tilstand, efterhånden som CNT-belastningen øges. Disse tilstande udviser polymerlignende reologiske og viskoelastiske egenskaber, som ikke kan opnås med andre almindelige opløsningsmidler, hvilket tyder på, at nanorørene faktisk er opdelt og fint dispergeret i cresoler. Cresoler kan fjernes efter forarbejdning ved opvarmning eller vask uden at ændre overfladen af CNT'er. [Chiou et al. 2018]
Anvendelser af CNT-dispersioner
For at bruge fordelene ved CNT'er skal de dispergeres i en væske såsom en polymer, jævnt dispergerede CNT'er bruges til fremstilling af ledende plast, flydende krystalskærme, organiske lysdioder, berøringsskærme, fleksible skærme, solceller, ledende blæk, statiske kontrolmaterialer, herunder film, skum, fibre og stoffer, polymerbelægninger og klæbemidler, højtydende polymerkompositter med enestående mekanisk styrke og sejhed, polymer/CNT-kompositfibre samt lette og antistatiske materialer.